我们所经历的世界是由精典数学学支配的。我们怎么联通、我们在那里以及我们前进的速率都是由精典假定决定的，即我们只能在任何时刻存在于一个地方。
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图注：如同月球上天气模式的产生一样，在这儿，量子粒子的旋转流体分解成由旋转的龙卷风状结构产生的晶体。
但在量子世界中，单个原子的行为受一个古怪的原理支配，即粒子的位置是机率。比如，在同一时间，一个原子有一定的机会在一个位置，另一个机会在另一个位置。
当粒子互相作用时，纯粹是因为这种量子效应的结果，还会出现一系列奇怪的现象。并且在精典世界的压倒性噪声中观察互相作用粒子的这些纯量子热学行为是一项繁重的任务。
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如今，麻省理工大学的化学学家早已直接观察到了特定物质状态下互相作用和量子热学的互相作用：超冷原子的旋转流体。研究人员预测，在旋转流体中，互相作用将占主导地位，并驱使粒子表现出独特的、前所未见的行为。
在昨天发表在《自然》杂志上的一项研究中，麻省理工大学的团队快速旋转了一种超冷原子的量子流体。她们看着最初的方形原子云首先变型为狭长的棒状结构。之后量子物理学家有哪些，当精典效应应当被抑制，只留下互相作用和量子定理来支配原子的行为时，针自发地弄成了一种晶体模式，类似于一串微型量子龙卷风。
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麻省理工大学数学学助理院长理查德弗莱彻说：“这种结晶纯粹是由互相作用驱动的，它告诉我们我们正在从精典世界步入量子世界。”
结果是快速旋转的量子二氧化碳演变的第一个直接原位记录。麻省理工大学A.Frank数学学院士马丁·茨维尔莱茵（）表示，载流子原子的演变与月球自转怎样形成大规模天气模式大致相像。
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“解释月球旋转效应的科里奥利效应类似于解释带电粒子在磁场中的行为的洛伦兹力，”茨维尔莱因强调，“即使在精典数学学中，这也会形成有趣的模式产生，如同云层以美丽的螺旋运动环绕月球一样。如今我们可以在量子世界中研究这一点。”
该研究的专著者包括、、ParthB.Patel、Yan、和Crépel，她们都隶属于麻省理工大学-耶鲁超冷原子中心和麻省理工大学电子研究实验室。
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旋转替身
在20世纪80年代，化学学家开始观察称为量子霍尔流体的新物质家族，它由悬浮在磁场中的电子云组成。正如精典数学学所预测的那样，这种粒子并没有互相敌视并产生晶体，而是以一种相关的量子形式将它们的行为调整为它们的邻居正在做的事情。
“人们发觉了各类惊人的特点，缘由是，在磁场中，电子（一般）被冻结在原地——它们的所有动能都被关掉了，剩下的就是纯粹的互相作用，”弗莱彻说，“所以，整个世界都出现了，但观察和理解是十分困难的。”
非常是，磁场中的电子以很难看到的特别小的运动运动。茨维尔莱茵和他的朋友们推测，因为旋转中原子的运动发生在更大的宽度尺度上量子物理学家有哪些，她们可能还能使用超冷原子作为电子的取代品，但是才能观察到相同的化学现象。
“我们想，让这种冷原子表现得似乎它们是磁场中的电子一样，但我们可以精确控制，”茨维尔莱茵说，“然后我们可以想像单个原子在做哪些，瞧瞧它们是否遵守相同的量子热学化学学。”
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旋转木马中的天气
在她们的新研究中，数学学家使用激光捕获了大概100万个钠原子的云，并将这种原子冷却到大概100纳开尔文的体温。之后，她们使用电磁铁系统形成一个圈套来限制原子，并以每秒约100转的速率共同旋转原子，如同碗中的弹珠一样。
该团队用单反对云进行了成像，捕捉到了一个类似于儿童在游乐场旋转木马上面向中心时的视角。大概100纳秒后，研究人员观察到原子旋转成一个长长的棒状结构，达到临界的量子薄度。
“在精典流体中，例如香烟烟雾，它只会显得越来越黏稠，”茨维尔莱茵说，“但在量子世界中，流体达到了它可以变薄的极限。”
“当我们听到它早已达到这个极限时，我们有充分的理由觉得我们正在敲开有趣的量子化学学的房门，”弗莱彻补充道，他与茨维尔莱茵一起在之前的一篇科学论文中发表了迄今为止的结果。“那么问题是，在纯粹的旋转和互相作用的影响下，这些棒状薄的液感受做哪些？”
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在她们的新论文中，该团队将她们的实验更进一步，以了解棒状流体将怎样演化。随着流体继续旋转，她们观察到一种量子不稳定性开始出现：针开始晃动，之后开瓶器，最后破成一串旋转的黑斑，或微型龙卷风——一种量子晶体，纯粹由二氧化碳的旋转和原子之间的力。
“这种演化与一个看法有关，即中国的蝴蝶怎样在这儿导致风暴，由于不稳定引起了紊流，”茨维尔莱茵解释道，“在这儿，我们有量子天气：流体，只是由于它的量子不稳定性，分裂成这些由较小的云和旋涡组成的晶体结构，才能直接看见这种量子效应是一个突破。”