在实验室中，研究人员观察到了一种被称为量子龙卷风的奇特现象。我们所体验的世界是由经典物理学支配的，经典物理学假设，我们在任何时刻只能存在于一个地方。然而在量子世界，微观的粒子受量子物理学支配，当它们发生相互作用时，可以表现出一系列奇怪的现象。例如，粒子可以同时处于不同的位置，也可以穿过本该不可逾越的障碍，甚至可以瞬间跨越巨大的距离与其他粒子共享信息。
想要在经典世界观察这些脆弱的相互作用是件非常棘手的事。一种放大量子效应的方法是将粒子冷却到接近绝对零度的温度，从而创造出一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚的物质状态，这种物质状态可以在更大的、可见的尺度上展现量子特性。最近，《自然》杂志上刊登了一项新的研究表明，物理学家利用这种方法记录了原子从经典到量子行为的关键转变。
新论文所研究的是一种被称为量子霍尔流体的物质状态。
这种特殊物质状态是由漂浮在磁场中的电子云组成的，其中的电子并不会像经典物理学预测的那样相互排斥并形成晶体，而是以一种不同寻常的方式发生相互作用——它们会根据近邻电子的行为来调整自己的行为，产生量子效应。在实验中，研究团队制作出了一种由超冷原子组成的自旋流体。他们用激光捕获了大约100万个钠原子，并将它们冷却到大约100纳开尔文的温度。
接着，他们用一个电磁体系统来产生一个可以限制原子的阱，将原子云置于这个电磁阱中，再以大约每秒100转的速率对原子进行集体性的快速旋转。
研究人员观察到大约在100毫秒后，原本一开始呈圆形的原子云开始变形成细长的针状结构。旋转仍在继续，针状结构像扭动的蛇一样来回弯曲，并且变得越来越细。当它的厚度达到临界值时，经典效应就被会抑制，只留下相互作用和量子效应主导量子的行为。
这时，针状结构会自发打破，碎裂成离散的部分。这些离散部分会形成一种奇怪的结晶模式，研究人员将其描述为一串微型的量子龙卷风。这种结晶过程完全是由原子间的相互作用驱动的，它预示着我们从经典世界进入了量子世界。
这是对快速旋转量子气体的演化的首个直接的、原位的记录。其实，自旋原子的演化与地球的自转导致大规模的天气模式大致相似。
在地球科学中，解释地球旋转效应的科里奥利效应与物理学中解释了带电粒子在磁场中的行为的洛伦兹力相似。即使在经典物理学中，这也会有这样有趣的模式形成，比如云环绕着地球螺旋运动。现在，新的研究让我们可以对量子世界中的这种现象进行观察，研究人员观察到了流体所显现出的量子不稳定性，并由此最终形成的一种像是微型的量子龙卷风一样的结晶模式。这种演化让研究人员联想到了蝴蝶效应，那同样是种因为不稳定性而引发湍流的。
在新研究中，与之对应是“量子天气”：刚具有量子不稳定性的流体的碎片，变成了更小的“云”和“漩涡”的结晶结构。能够直接观察到这些量子效应是一个突破。