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科學家發(fā)現(xiàn)，當被迫成一條線時，一類稱為玻色子的粒子可以表現(xiàn)出與另一類稱為費米子的粒子相反的行為。

這項研究是在賓夕法尼亞州立大學進行的，部分由美國陸軍作戰(zhàn)能力發(fā)展司令部的陸軍研究實驗室組成的陸軍研究室提供資金，發(fā)現(xiàn)當一維氣體中的玻色子之間的內部相互作用非常強時，當它們在一個維度上膨脹時，速度分布轉換成非相互作用的費米子氣體的速度分布。該研究發(fā)表在《科學》雜志上。

“原子鐘，量子計算機和量子系統(tǒng)的性能取決于所選擇系統(tǒng)的性能的正確選擇，” ARO原子與分子物理學項目經(jīng)理Paul Baker博士說。“這項研究工作表明，可以通過適當限制系統(tǒng)的尺寸來更改系統(tǒng)統(tǒng)計信息。除了加深我們對基本原理的理解之外，這一發(fā)現(xiàn)還可以提供一種將系統(tǒng)從玻色性動態(tài)轉換為費米性的方法，以最好地滿足系統(tǒng)需求。軍事需要。”

研究人員通過實驗證明，當玻色子向一維方向擴展時（允許原子線擴展以變得更長），它們可以形成費米海。

賓州州立大學杰出物理學教授，研究團隊的負責人之一戴維·韋斯說：“自然界中的所有粒子根據(jù)其自旋而具有兩種類型，一種是經(jīng)典物理學中沒有真正類似物的量子性質。” “自旋為整數(shù)的玻色子可以共享相同的量子態(tài)，而自旋為半整數(shù)的費米子則不能共享。當粒子足夠冷或致密時，玻色子的行為與費米子完全不同。玻色子形成玻色-愛因斯坦凝聚物，另一方面，費米子將可用狀態(tài)一一填充，形成所謂的費米海。”

該研究小組使用光學晶格創(chuàng)建了一系列由玻色子原子組成的超冷一維氣體（玻色氣體），該光學晶格使用激光捕獲原子。在光阱中，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，相互作用強烈的玻色氣體具有像費米子一樣的空間分布，但仍然具有玻色子的速度分布。當研究人員關閉一些俘獲的光時，原子就在一維膨脹。在這種膨脹過程中，玻色子的速度分布平穩(wěn)地轉變?yōu)榕c費米子相同的速度。

魏斯說：“通過充分了解一維氣體的動力學，然后逐漸使氣體的可積分性降低，我們希望確定動力學量子系統(tǒng)中的通用原理。”

動力學相互作用的量子系統(tǒng)是基礎物理學的重要組成部分。它們在技術上也越來越重要，因為許多實際的和建議的量子設備都基于它們，包括量子模擬器和量子計算機。

“現(xiàn)在，我們可以實驗性地獲取一些東西，如果您十年前曾問過任何從事該領域工作的理論家，我們會在一生中看到這種情況嗎？” 他們會說“沒辦法”，”賓夕法尼亞州立大學物理學教授，研究團隊的另一位負責人馬科斯·里戈爾（Marcos Rigol）說。

除了ARO，美國國家科學基金會還資助了這項研究。