Kvantumtornádók jelzik a klasszikus fizika és kvantumfizika közötti átmenetet
A világegyetemet két, látszólag összeegyeztethetetlennek tűnő tudományos törvényszerűség szabályozza – a klasszikus fizika, amelyet évszázadok óta már megszokhattunk, és a kvantumfizika kísérteties világa, ami az atomi dimenzióban létezik; a kettő közötti átmenetről azonban eddig nem lehetett túl sok mindent tudni.
MIT
A kvantumfizikában lehetségesek olyan dolgok, amelyek a mindennapi világfelfogásunk szerint elképzelhetetlennek tűnnek. A részecskék például egyszerre több helyen is létezhetnek, vagy át tudnak haladni akadályokon, illetve hatalmas távolságokon keresztül azonnal megoszthatják egymással az információkat.
Ezenfelül más furcsa jelenségek is létrejöhetnek, amikor a részecskék kölcsönhatásba lépnek egymással, de a klasszikus fizika átfogó világa sajnos zavaróan közbeszólhat, és megnehezítheti a törékeny kölcsönhatások tanulmányozását.
A kvantumhatások felerősítésének egyik módja az atomok lehűtése egészen az abszolút nulla fok körüli értékre, így létrehozva egy Bose-Einstein-kondenzátumnak (BEC) nevezett anyagállapotot, amely a nagyobb, látható közegben is képes kvantumtulajdonságokat mutatni.
Az új tanulmányhoz az MIT kutatócsapata pontosan ezt tette, hogy megvizsgálja az úgynevezett kvantum Hall-folyadékot. Ez a furcsa anyagtípus mágneses mezőben csapdába esett elektronfelhőkből áll, amelyek szokatlan módon kezdenek kölcsönhatásba lépni egymással, majd kvantumhatásokat produkálnak. Az elektronok helyett – amelyeket ebben a rendszerben túlságosan nehéz detektálni – a kutatók közel egymillió ultrahideg nátriumatomból készítettek BEC-t.
„Arra gondoltunk, vegyük rá ezeket a hideg atomokat, hogy úgy viselkedjenek, mintha elektronok lennének egy mágneses mezőben, miközben pontosan tudjuk őket irányítani. Akkor láthatóvá tehetjük, hogy mit csinálnak az egyes atomok, és megnézhetjük, hogy ugyanannak a kvantummechanikai fizikának engedelmeskednek-e” – mondta Martin Zwierlein, a tanulmány társszerzője.
A csapat ezt az atomfelhőt egy elektromágneses csapdába helyezte, majd másodpercenként 100 fordulatszámmal megpörgette. A felhő hosszú tű alakúvá nyúlt, amely egyre vékonyabb lett – ekkor az atomok átváltottak kvantumos viselkedésre.
A tűszerkezet először elkezdett előre-hátra hajlani, mint egy mozgó kígyó, majd különálló szegmensekre tört. Ezek a még mindig forgó szegmensek furcsa kristályos mintázatot alkottak, amelyet a csapat kvantumtornádók soraként írt le. A viselkedést teljes mértékben az atomok közötti kölcsönhatások irányítják, és érdekes, eddig felderítetlen következményekkel járhat a kvantummechanikára és a klasszikus fizikára nézve.
