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物理学家量子模拟了一个系统 其中具有多种风味的费米子表现得像玻色子

在量子力学的教科书中,玻色子和费米子是构成宇宙的两种基本粒子,它们的行为截然不同。例如,玻色子可以共享相同的量子态,而相同种类的费米子只能一一填充可用的量子态。

然而,在凝聚态物理和现代发展高能物理提出,玻色子和费米子之间的边界可能是模糊的。这样的例子之一是多种风味的费米子气,每个费莫子子都通过不同的旋转来识别,其中任意两种风味剂通过相同的相互作用而彼此相互作用。当系统中不同的自旋数变得非常大时,具有这种SU(N)对称性的多味费米子有望表现得像无纺玻色子的整体。香港科技大学(HKUST)和普渡大学的研究人员使用量子模拟研究了三维超冷费米子的这种“玻化”现象。

在一维系统中,理论上和实验上都对玻色化进行了探索。但是尚不清楚在高维系统中是否发生了玻色化,这在很大程度上是因为相互作用的多体系统的确切解决方案尚不清楚。在这里,研究人员首次表明,它确实是通过测量两体接触而在三维系统中发生的,中心量控制着稀薄量子气体的所有热力学量,从能量到压力。因此,接触中的玻色化证据表明,所有其他热力学量也接近玻色子。

在实验过程中,研究人员将费米子自旋的数量控制为1到6,并监视费米子的接触如何接近玻色子。

科大物理学副教授,研究小组的负责人之一乔九邦说:“我们的实验观察证实,多味费米子可以随着三个维度上自旋数目的增加而发生硼化。模拟一种很难在固体中实现并解决悬而未决的问题的特殊类型的铁离子系统”。

这项工作证明了一种监测接触的方法,可作为一种探索量子物质及其潜在对称性的新工具。尤其是,这为精确研究SU(N)对称费米铺平了道路,其中异费米相同地相互作用,在真实材料中不容易获得。

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