物理学家创造了有史以来第一个原子涡旋束——一种由原子和分子组成的漩涡龙卷风，具有尚未被理解的神秘特性。
通过将一束直的氦原子束穿过带有微小缝隙的光栅，科学家们能够利用量子力学的奇怪规则将光束转变为旋转的漩涡。
光束旋转提供的额外动力，称为轨道角动量，为其提供了一个新的移动方向，使其能够以研究人员尚未预测的方式行事。例如，他们认为，由于螺旋涡旋原子内部的电子和原子核以不同的速度旋转，原子的旋转可能会为光束增加额外的磁性维度，以及其他不可预测的影响。
研究合著者、加州大学伯克利分校的物理学家 Yair Segev 表示：“一种可能性是，这也可能会改变原子的磁矩”，或者是粒子的内在磁性，使其像一个微小的条形磁铁一样发挥作用。 ，告诉 Live Science。
在原子的简化经典图片中，带负电的电子围绕带正电的原子核运行。在这种观点中，塞格夫说，当原子整体旋转时，涡旋内的电子将以比原子核更快的速度旋转，在它们扭曲时“产生不同的反向[电流]电流”。根据迈克尔法拉第概述的著名磁感应定律，这可能会产生各种新的磁效应，例如指向光束中心和原子本身之外的磁矩，以及更多他们无法预测的效应.
研究人员通过将氦原子发送到每个仅 600 纳米宽的微小缝隙网格中来产生光束。在量子力学领域——管理极小世界的一套规则——原子可以表现得既像粒子又像微小的波。因此，波状氦原子束衍射穿过网格，弯曲得如此之大，以至于它们以旋涡的形式出现在空间中。
旋转的原子随后到达一个探测器，探测器显示出多束光束——衍射到不同程度以具有不同的角动量——作为印在它上面的小甜甜圈状环。科学家们还发现了更小、更亮的甜甜圈圈，它们夹在中央的三个漩涡内。这些是氦准分子的明显迹象——当一个能量激发的氦原子粘在另一个氦原子上时形成的一种分子。（通常，氦气是一种惰性气体，不与任何物质结合。）
Segev 说，给予螺旋束内原子的轨道角动量也改变了量子力学“选择规则”，该规则决定了旋转的原子将如何与其他粒子相互作用。接下来，研究人员将把他们的氦束粉碎成光子、电子和除氦之外的元素原子，以观察它们的行为。
如果它们的旋转光束确实有不同的作用，它可能成为一种新型显微镜的理想候选者，这种显微镜可以在亚原子水平上观察未发现的细节。根据 Segev 的说法，光束可以通过改变印在光束原子上的图像来为我们提供有关某些表面的更多信息。
“我认为，就像科学中经常发生的情况一样，导致新事物的不是能力的飞跃，而是视角的改变，”塞格夫说。
