Fermionen zijn alomtegenwoordige elementaire deeltjes. Ze strekken zich uit van elektronen in metalen, tot protonen en neutronen in kernen en tot quarks op subnucleair niveau. Verder, ze bezitten een intrinsieke vrijheidsgraad genaamd spin met slechts twee mogelijke configuraties, ofwel omhoog of omlaag. In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ B , theoretische fysici onderzoeken de mogelijkheid om de opwaartse en neerwaartse spinpopulaties van een groep interagerende fermionen afzonderlijk te controleren. Hun gedetailleerde theorie die de onbalans in de spinpopulatie beschrijft, kan relevant zijn, bijvoorbeeld, op het gebied van spintronica, die gebruik maakt van gepolariseerde spinpopulaties.

Ongebalanceerde Fermi-deeltjesmengsels komen voor in materie zoals, bijvoorbeeld, halfgeleiders geplaatst in een magnetisch veld, in nucleaire materie, en in het plasma van neutronensterren, die de elementaire subdeeltjes quarks en gluonen combineert. Pierbiagio Pieri en Giancarlo Calvanese Strinati van de Universiteit van Camerino, Italië, gericht op een interactief fermionsysteem waar de op- en neergaande spinpopulaties uit balans zijn. Ze breidden het bewijs uit van een stelling die oorspronkelijk was bedacht voor de exacte theorie van een Fermi-vloeistof met gelijke populaties van op en neer spin, de stelling van Luttinger genoemd, aan deze onevenwichtige systemen.

Eerdere experimentele waarnemingen hadden betrekking op het afzonderlijk regelen van het aantal fermionen met een bepaalde spin, wat leidt tot vrij verkeer zonder viscositeit in de gasdeeltjes, het bereiken van een supervloeibare toestand. Het werk van Wolfgang Ketterle en zijn groep aan het MIT, VS, in 2008, toonde ook aan dat het verschil tussen twee spinpopulaties zo groot kan worden gemaakt dat de superfluïditeit wordt vernietigd en het systeem zelfs bij nultemperatuur normaal blijft.

Beurtelings, dit nieuwste theoretische werk introduceert een beperking die essentieel is voor numerieke berekeningen voor zulke grote quantum veel-lichamensystemen, namelijk dat de stralen van de twee Fermi-bollen, die de niet-interagerende systemen van spin-up en spin-down fermionen karakteriseren, worden afzonderlijk bewaard wanneer de interactie tussen de spin-up en spin-down fermionen wordt gestart.