Фізики Массачусетського технологічного інституту спостерігали момент, коли атоми переключаються з класичної фізики на атомну.
Речі, які здаються неможливими, цілком реальні у квантовій фізиці. Атоми можуть існувати в декількох місцях одночасно, проходити тунелі через бар’єри або миттєво обмінюватися інформацією на величезних відстанях.
Ці та інші незвичайні явища можуть виникати при взаємодії частинок один з одним. Але вплив класичної фізики може ускладнити процес вивчення цих взаємодій. Один зі способів підсилити квантові ефекти – охолодити атоми до температури вище абсолютного нуля. У такому випадку матерія переходить у стан, який називається конденсатом Бозе-Ейнштейна (БЕК).
Для нового дослідження команда Массачусетського технологічного інституту повторила саме цей процес, щоб дослідити так звану квантову рідину Холла. Це незвичайний тип матері, що складається з хмар електронів, захоплених магнітними полями, які починають незвично взаємодіяти один з одним, створюючи квантові ефекти. Замість електронів, які занадто важко розгледіти в цій системі, дослідники використовували в БЕК мільйон ультрахолодних атомів натрію.
“Ми вирішили змусити ці холодні атоми поводитися так, як якби вони були електронами в магнітному полі, але за умови, що ми зможемо їх контролювати. Тоді вийде візуалізувати, що роблять окремі атоми, і подивитися, чи підкоряються вони однієї і тієї ж квантово-механічної фізики”, – говорить Мартін Цвірляйн, автор-кореспондент дослідження
Команда помістила цю хмару атомів в електромагнітну пастку і почала крутити їх зі швидкістю 100 оборотів в секунду. Хмара витягнулася в довгу звивисту форму, яка ставала все тонше і тонше — і ось тоді атоми переключилися на квантову фізику.
Звивиста структура спочатку почала згинатися, як змія, потім вона розпалася на окремі сегменти. Вони продовжували обертатися і утворювали дивний кристалічний візерунок, який команда описала як ланцюжок квантових торнадо. Автори назвали це перехідним періодом від класичної фізики до квантової.
Така поведінка вплине на наші знання про квантову та класичну механіку.