Физики наблюдают невероятные «квантовые торнадо», сформированные из ультрахолодных атомов

Ученые наблюдали потрясающую демонстрацию того, как классическая физика уступает место квантовому поведению, манипулируя жидкостью ультрахолодных атомов натрия в четкое образование, похожее на торнадо.

Частицы ведут себя по-разному на квантовом уровне, отчасти потому, что в этот момент их взаимодействия друг с другом имеют над ними большую власть, чем энергия их движения.

Затем, конечно же, есть ошеломляющий факт, что квантовые частицы не имеют определенного фиксированного местоположения, что влияет на то, как они взаимодействуют.

Охлаждая частицы как можно ближе к абсолютному нулю и устраняя другие помехи, физики могут наблюдать, что происходит, когда эти странные взаимодействия вступают в силу, как только что сделала группа из Массачусетского технологического института.

«Возможность увидеть эти квантовые эффекты напрямую — это прорыв», — говорит физик Массачусетского технологического института Мартин Цвирляйн.

Команда поймала и развернула облако из примерно 1 миллиона атомов натрия с помощью лазеров и электромагнитов. В предыдущих исследованиях физики продемонстрировали, что это превращает облако в длинную игольчатую структуру, конденсат Бозе-Эйнштейна, где газ начинает вести себя как единое целое с общими свойствами.

На изображении ниже показана плотность ультрахолодных атомов за микросекунды.

Облако атомов образовалось из игольчатого конденсата (слева), прошло через змеевидную неустойчивость (в центре) и образовало крошечные торнадо (справа).

Есть даже крошечные темные пятна между соседними кристаллами (см. значки «x» ниже), где возникают вихри противотока — точно так же, как мы видим в сложных погодных системах (вспомните бушующие бури на Юпитере).