Nel libro di testo di meccanica quantistica, si afferma che bosoni e fermioni, due tipi di particelle elementari che costruiscono l'universo, comportarsi in modo drasticamente diverso. Per esempio, i bosoni possono condividere lo stesso stato quantistico mentre i fermioni dello stesso tipo non possono che riempire uno per uno gli stati quantistici disponibili.

Tuttavia, i moderni sviluppi della fisica della materia condensata e della fisica delle alte energie hanno suggerito che il confine tra bosoni e fermioni può essere sfocato. Uno di questi esempi è un gas di fermioni multi-sapore, ciascuno identificato da un diverso spin, in cui due sapori qualsiasi interagiscono tra loro mediante la stessa interazione. Ci si aspetta che i fermioni multi-flavor con una tale simmetria SU(N) si comportino come un insieme di bosoni senza spin quando il numero di spin differenti nel sistema diventa molto grande. I ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) e della Purdue University utilizzano la simulazione quantistica per esplorare un tale fenomeno di "bosonizzazione" con fermioni ultrafreddi in tre dimensioni.

La bosonizzazione è stata esplorata, teoricamente e sperimentalmente, in sistemi unidimensionali. Ma non è chiaro se la bosonizzazione si verifica in sistemi dimensionali superiori, in gran parte perché le soluzioni esatte al sistema a molti corpi interagenti sono sconosciute. Qui, i ricercatori mostrano, per la prima volta, che si verifica nei sistemi tridimensionali misurando i contatti a due corpi, la grandezza centrale che governa tutte le grandezze termodinamiche dei gas quantistici diluiti che vanno dall'energia alla pressione. L'evidenza della bosonizzazione nei contatti dimostra quindi che anche tutte le altre grandezze termodinamiche si avvicinano a quelle dei bosoni.

Durante l'esperimento, i ricercatori controllano il numero di spin di fermioni da 1 a 6, e monitorare come il contatto dei fermioni si avvicina a quello dei bosoni.

Gyu-Boong Jo, Professore Associato di Fisica presso HKUST, uno dei leader del gruppo di ricerca, disse, "La nostra osservazione sperimentale conferma che i fermioni multi-flavor possono bosonizzare con il numero crescente di spin in tre dimensioni. È notevole simulare quantisticamente un tipo speciale di sistemi fermionici che sono difficili da realizzare nei solidi e affrontare una questione aperta".

Questo lavoro ha dimostrato un metodo per monitorare i contatti come nuovo strumento per esplorare la materia quantistica e le sue simmetrie sottostanti. In particolare, questo apre la strada allo studio preciso dei fermioni SU(N)-simmetrici, in cui i fermioni non identici interagiscono in modo identico, che non sono facilmente disponibili in materiali reali.