Квантові торнадо: вчені спостерігали, як атоми перейшли від класичної фізики до квантової

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