科学家发现，当被迫成一条线时，一类称为玻色子的粒子可以表现出与另一类称为费米子的粒子相反的行为。

这项研究是在宾夕法尼亚州立大学进行的，部分由美国陆军作战能力发展司令部的陆军研究实验室组成的陆军研究室提供资金，发现当一维气体中的玻色子之间的内部相互作用非常强时，当它们在一个维度上膨胀时，速度分布转换成非相互作用的费米子气体的速度分布。该研究发表在《科学》杂志上。

“原子钟，量子计算机和量子系统的性能取决于所选择系统的性能的正确选择，” ARO原子与分子物理学项目经理Paul Baker博士说。“这项研究工作表明，可以通过适当限制系统的尺寸来更改系统统计信息。除了加深我们对基本原理的理解之外，这一发现还可以提供一种将系统从玻色性动态转换为费米性的方法，以最好地满足系统需求。军事需要。”

研究人员通过实验证明，当玻色子向一维方向扩展时（允许原子线扩展以变得更长），它们可以形成费米海。

宾州州立大学杰出物理学教授，研究团队的负责人之一戴维·韦斯说：“自然界中的所有粒子根据其自旋而具有两种类型，一种是经典物理学中没有真正类似物的量子性质。” “自旋为整数的玻色子可以共享相同的量子态，而自旋为半整数的费米子则不能共享。当粒子足够冷或致密时，玻色子的行为与费米子完全不同。玻色子形成玻色-爱因斯坦凝聚物，另一方面，费米子将可用状态一一填充，形成所谓的费米海。”

该研究小组使用光学晶格创建了一系列由玻色子原子组成的超冷一维气体（玻色气体），该光学晶格使用激光捕获原子。在光阱中，系统处于平衡状态，相互作用强烈的玻色气体具有像费米子一样的空间分布，但仍然具有玻色子的速度分布。当研究人员关闭一些俘获的光时，原子就在一维膨胀。在这种膨胀过程中，玻色子的速度分布平稳地转变为与费米子相同的速度。

魏斯说：“通过充分了解一维气体的动力学，然后逐渐使气体的可积分性降低，我们希望确定动力学量子系统中的通用原理。”

动力学相互作用的量子系统是基础物理学的重要组成部分。它们在技术上也越来越重要，因为许多实际的和建议的量子设备都基于它们，包括量子模拟器和量子计算机。

“现在，我们可以实验性地获取一些东西，如果您十年前曾问过任何从事该领域工作的理论家，我们会在一生中看到这种情况吗？” 他们会说“没办法”，”宾夕法尼亚州立大学物理学教授，研究团队的另一位负责人马科斯·里戈尔（Marcos Rigol）说。

除了ARO，美国国家科学基金会还资助了这项研究。