在一些最极端的物理条件下，物理学家们创造了可能是迄今为止最小的风暴。
这些由“麻省理工学院和哈佛大学的量子研究人员”“制造”的“量子龙卷风”，是量子力学的最新演示——量子力学是支配宇宙最精细、亚原子尺度的奇特法则代码。它们是由微小的钠原子团组成的，在接近绝对零度几个分之一的温度下旋转。
将原子深度冷冻到这种超低温有一个成熟的方法。它始于将原子——通常是碱金属——困在一个磁笼中，然后用激光照射它们。用激光来冷却似乎很奇怪，但激光产生的光束只有一种波长（在本例中为黄色，以匹配钠的蒸气色调）。当调谐精确时，它们可以将原子减速到不再产生热量的程度。
最终可能留下的是玻色-爱因斯坦凝聚态，这是一种令人着迷的奇异物质状态，其中多个原子作为一个整体，并表现出各种难以想象的量子行为。
玻色-爱因斯坦凝聚态可能看起来很奇怪，它们确实很奇怪——但这种奇怪是物理学家们习惯于处理的那种。它们最早是在 20 世纪 20 年代被预测出来的，科学家们于 1995 年成功地在实验室中创造了一个。为此，科学家们获得了2001 年诺贝尔物理学奖。
从那时起，物理学界一直忙于尝试将玻色-爱因斯坦凝聚态推向新的高度（或新的低度，因为它们是低温的）。例如，物理学家们已经思考了很长时间，是否能让处于这种物质状态的原子旋转。
研究人员之所以对此感兴趣，是因为这遵循了量子霍尔液体的足迹。长话短说，在某些量子条件下和磁场下，原本会相互排斥的电子云反而会开始模仿彼此的性质。这会导致它们表现得有点像流体中的水分子，自由流动。
电子很难观察，但物理学家认为，在漩涡中旋转玻色-爱因斯坦凝聚态可以使原子表现出相同的行为。这很有吸引力，因为原子比电子大得多。
这个最新的研究团队并不是唯一尝试制造涡旋的团队。挑战在于如何让原子在不破坏玻色-爱因斯坦凝聚态的情况下旋转。
弗吉尼亚大学的物理学家 Peter Schauss（未参与最新实验）说：“基本上，要控制住这种旋转是相当棘手的。““很容易以某种方式旋转它，但很难以一种不加热它的方式旋转它。”
哈佛-麻省理工团队出手了，他们纠集了百万个钠原子，将它们冷却到比绝对零度高 1000 亿分之一开尔文的温度，并用强大的电磁铁将它们约束起来。然后，他们旋转凝聚态，希望看到运动中的量子流体。
到了一定程度，他们成功了。原子形成了一个细长的针状结构，具有他们所寻找的流体特性。研究人员在 2021 年 6 月的《科学》杂志上发表了到此为止的成果。
但他们知道可以做得更多。他们决定继续旋转这个针状结构，看看会发生什么。这时，他们注意到了一些非同寻常的事情：针状结构开始波动。起初，它开始盘绕成螺旋状。然后，卷曲部分断裂，将针状结构粉碎成一小团量子团块，每个团块开始旋转。因此，就有了量子龙卷风。
研究人员将此与混沌理论进行了比较。创造这些龙卷风就像著名的蝴蝶效应一样，一只蝴蝶扇动翅膀能在地球的另一端引起一场风暴，只是这个过程是在量子尺度上进行的。他们本月早些时候在《自然》杂志上发表了对这些涡旋的描述。
[相关：当光闪烁万亿分之一秒时，事情会变得很奇怪]
那么接下来会发生什么呢？正如可以想象的那样，让原子在如此低的水平上合作并非易事。Schauss 说：“要获得更稳定的激光来……有效地进行这些实验，仍然有点像一项正在进行中的工作。““许多这些实验都受限于此。”
另一个挑战是：这些最小的量子龙卷风每个包含 10 个原子。但一些物理学家认为，有可能做得更进一步——将玻色-爱因斯坦凝聚态缩小到只有一个原子。这样做将极大地帮助物理学家在现实世界中观察到一些晦涩的量子力学方程（当然，是借助非常先进的相机）。
虽然科学家们继续改进他们制造这些涡旋和其他超冷物质形状的过程，但他们的创造物可能应用于传感器等技术。麻省理工-哈佛的研究由 DARPA 资助，DARPA 希望利用旋转的凝聚态探测水下细微的运动。但到目前为止，细微之处还不是这个方程的一部分。
