In het leerboek van de kwantummechanica, er staat dat bosonen en fermionen, twee soorten elementaire deeltjes die het heelal vormen, zich op een heel andere manier gedragen. Bijvoorbeeld, bosonen kunnen dezelfde kwantumtoestand delen, terwijl fermionen van dezelfde soort de beschikbare kwantumtoestanden één voor één kunnen vullen.

Hoe dan ook, moderne ontwikkelingen in de fysica van de gecondenseerde materie en de hoge-energiefysica hebben gesuggereerd dat de grens tussen bosonen en fermionen kan vervagen. Een van die voorbeelden is een gas van fermionen met meerdere smaken, elk geïdentificeerd door een andere spin, waarin twee smaken met elkaar interageren door dezelfde interactie. Van fermionen met meerdere smaken met zo'n SU(N)-symmetrie wordt verwacht dat ze zich gedragen als een ensemble van spinloze bosonen wanneer het aantal verschillende spins in het systeem erg groot wordt. De onderzoekers van de Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) en de Purdue-universiteit gebruiken kwantumsimulatie om zo'n 'bosonisatie'-fenomeen met ultrakoude fermionen in drie dimensies te onderzoeken.

Bosonisatie is onderzocht - theoretisch en experimenteel - in eendimensionale systemen. Maar het is onduidelijk of bosonisatie optreedt in hogere dimensionale systemen, grotendeels omdat exacte oplossingen voor het interagerende veellichamensysteem onbekend zijn. Hier, de onderzoekers laten zien, Voor de eerste keer, dat het voorkomt in driedimensionale systemen door twee-lichaamscontacten te meten, de centrale grootheid die alle thermodynamische hoeveelheden van verdunde kwantumgassen regelt, variërend van de energie tot de druk. Bewijs van bosonisatie in contacten toont dus aan dat alle andere thermodynamische grootheden ook die van bosonen benaderen.

Tijdens het experiment, de onderzoekers regelen het aantal fermion-spins van 1 tot 6, en monitor hoe het contact van fermionen dat van bosonen benadert.

Gyu Boong Jo, Universitair hoofddocent natuurkunde aan de HKUST, een van de leiders van het onderzoeksteam, zei, "Onze experimentele waarneming bevestigt dat fermionen met meerdere smaken kunnen bosoniseren met het toenemende aantal spins in drie dimensies. Het is opmerkelijk om een ​​speciaal type fermionische systemen te kwantumsimuleren die moeilijk te realiseren zijn in vaste stoffen en om een ​​open vraag te beantwoorden".

Dit werk heeft een methode aangetoond om contacten te monitoren als een nieuw hulpmiddel voor het onderzoeken van kwantummaterie en de onderliggende symmetrieën. Vooral, dit maakt de weg vrij voor het precieze onderzoek van SU(N)-symmetrische fermionen, waarin niet-identieke fermionen identiek interageren, die niet gemakkelijk verkrijgbaar zijn in echte materialen.