Un sistema quantistico costituito da un gran numero di particelle microscopiche obbedisce a leggi statistiche a livello macroscopico. In natura esistono due tipi di particelle quantistiche microscopiche. Uno è il bosone che soddisfa le statistiche di Bose-Einstein e l'altro è il fermione che soddisfa le statistiche di Fermi-Dirac.

Tuttavia, per i sistemi quantistici interagenti, questi due tipi di statistica non sono le uniche forme di statistica quantistica. Ad esempio, le statistiche anioniche possono emergere in elettroni bidimensionali (2D). Nel 1991, il vincitore del Premio Nobel per la fisica FDM Haldane ha proposto un nuovo concetto di statistica di esclusione frazionaria (FES), che è una distribuzione statistica generalizzata, con le distribuzioni di Bose e Fermi come i suoi due casi limite. Nel 1994, il fisico Yongshi Wu e altri hanno studiato le proprietà termodinamiche dei sistemi che soddisfano la FES. Successivamente, la teoria della FES è stata utilizzata per eseguire studi teorici sull'effetto Hall frazionario, i gas quantistici, i modelli di spin, gli anioni e molti altri problemi quantistici a molti corpi. Tuttavia, l'osservazione della FES in esperimenti realistici rimane ancora difficile e scarsa.

Negli ultimi anni i gas di Bose unidimensionali con interazione repulsiva sono diventati un'importante piattaforma per lo studio sperimentale della fisica quantistica a molti corpi. È stato teoricamente dimostrato che tali gas soddisfano le FES reciproche nello spazio della quasi quantità di moto. Tuttavia, gli accoppiamenti tra diversi quasi-momenti rendono molto difficile ottenere una relazione diretta tra grandezze fisiche misurabili e parametro statistico.

Di recente, Xibo Zhang e i suoi colleghi hanno scoperto che per i gas di Bose quantistici 1D e 2D nel regime quantistico critico, gli accoppiamenti tra quasi-momenti diventano piuttosto locali ed emerge un FES semplice e non reciproco. Hanno stabilito una semplice corrispondenza tra la forza dell'interazione e il parametro statistico. Sulla base di calcoli teorici, simulazioni Monte Carlo quantistiche numeriche e misurazioni sperimentali, i ricercatori hanno confermato che l'entropia critica per particella e altre quantità termodinamiche sono determinate da quelle delle particelle non interagenti che obbediscono alla FES.

Questo studio non solo fornisce un semplice quadro fisico con evidenze teoriche, numeriche e sperimentali per l'emergere della FES nei sistemi quantistici interagenti, ma fornisce anche nuove prospettive e un nuovo metodo per comprendere il comportamento critico dei più complessi sistemi quantistici a molti corpi , come gas quantistici con simmetrie SU(N), ecc.

La ricerca è stata pubblicata su National Science Review . + Esplora ulteriormente

Quantificazione degli effetti delle collisioni di tre particelle nei gas quantistici