I fermioni sono particelle elementari onnipresenti. Si estendono dagli elettroni nei metalli, ai protoni e neutroni nei nuclei e ai quark a livello subnucleare. Ulteriore, possiedono un grado di libertà intrinseco chiamato spin con solo due possibili configurazioni, o su o giù. In un nuovo studio pubblicato su EPJ SI , i fisici teorici esplorano la possibilità di controllare separatamente le popolazioni di spin su e giù di un gruppo di fermioni interagenti. La loro teoria dettagliata che descrive lo squilibrio della popolazione di spin potrebbe essere rilevante, ad esempio, al campo della spintronica, che sfrutta popolazioni di spin polarizzato.
Miscele di particelle di Fermi sbilanciate si verificano in materia come, Per esempio, semiconduttori posti in un campo magnetico, nella materia nucleare, e nel plasma delle stelle di neutroni, che combina le sottoparticelle elementari quark e gluoni. Pierbiagio Pieri e Giancarlo Calvanese Strinati dell'Università di Camerino, Italia, focalizzato su un sistema di fermioni interagenti in cui le popolazioni di spin su e giù sono squilibrate. Hanno esteso la dimostrazione di un teorema originariamente concepito per la teoria esatta di un liquido di Fermi con uguali popolazioni di spin up e down, detto teorema di Luttinger, a questi sistemi squilibrati.
Precedenti osservazioni sperimentali riguardavano il controllo separato del numero di fermioni con un dato spin, portando alla libera circolazione senza viscosità nelle particelle di gas, raggiungere uno stato superfluido. Il lavoro di Wolfgang Ketterle e del suo gruppo al MIT, STATI UNITI D'AMERICA, nel 2008, ha anche dimostrato che la differenza tra due popolazioni di spin può essere così grande che la superfluidità viene distrutta e il sistema rimane normale anche a temperatura zero.
A sua volta, quest'ultimo lavoro teorico introduce un vincolo che è fondamentale per i calcoli numerici per sistemi quantistici a molti corpi così grandi, cioè che i raggi delle due sfere di Fermi, che caratterizzano i sistemi non interagenti di fermioni spin-up e spin-down, vengono preservati separatamente quando viene avviata l'interazione tra i fermioni con spin-up e spin-down.
