Bosones y fermiones (las dos clases en que se clasifican todas las partículas) se comportan de manera muy diferente en la mayoría de circunstancias. A los bosones idénticos les "gusta" congregarse; a los fermiones idénticos, todo lo contrario. Sin embargo, en una dirección (partículas que solo pueden moverse en una línea, por ejemplo), los bosones pueden volverse tan "distantes" como los fermiones, es decir, de modo que no hay dos que ocupen la misma posición (principio de exclusión de Pauli). Pues, ahora, una nueva investigación muestra que igual puede suceder con las velocidades de los bosones en tales circunstancias.
En general, los bosones tienen espines enteros y pueden compartir el mismo estado cuántico; los fermiones con espines semienteros, no pueden. Cuando las partículas son suficientemente frías o densas, los bosones se comportan de forma completamente diferente a los fermiones, formando condensados de Bose-Einstein, "congregándose en el mismo estado cuántico". Sin embargo, los fermiones llenan todos los estados disponibles uno a uno para formar lo que se llama "mar de Fermi".
Pues bien, los investigadores de Penn State han demostrado experimentalmente que, cuando los bosones se expanden en una dirección (se permite que la línea de átomos se extienda por más tiempo), pueden formar un mar de Fermi.
Los investigadores crearon una serie de gases unidimensionales ultrafríos compuestos de átomos bosónicos (gases Bose) utilizando una red óptica, que utiliza luz láser para atrapar los átomos. En la trampa de luz, el sistema está en equilibrio, y los gases Bose que interactúan fuertemente tienen distribuciones espaciales como fermiones, pero aún tienen las distribuciones de velocidades de los bosones. Al apagar parte de la luz atrapante, los átomos se expanden en una dimensión, y durante esta espansión la distribución de velocidad de los bosones se transforma suavemente en una idéntica a la de los fermiones.
La dinámica de los gases ultrafríos en las redes ópticas es la fuente de muchos fenómenos fascinantes y novedosos, como que algo tan universal como la temperatura no está definida después de que los gases Bose experimenten dinámicas en una dirección, que suponen relacionada con una propiedad matemática subyacente de los modelos teóricos que describen estos experimentos: "la integrabilidad". Dicha integrabilidad juega un papel central en el fenómeno de fermionización dinámica observado.
La idea es comprender completamente la dinámica de los gases unidimensionales, y luego hacer que los gases sean menos integrales para poder identificar los principios universales en los sistemas cuánticos dinámicos, parte importante de la física fundamental, con enorme aplicación a los simuladores y computadoras cuánticas.
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