运动中的突变量子粒子

　　左图：粒子以玻色子的形式开始，在撞击0-π之前，它们一起左右移动（实线）；边界，其中部分反射（实线）和部分分割（虚线）。每分裂一次，就有一个粒子逃出玻色子区。右图：从伪费米子开始，粒子以两种方式＂叠加＂运动：一种是，它们像普通费米子一样迅速分开，直接穿过π-0边界（虚线）；另一方面，它们被束缚在一起，移动非常缓慢，永远被困在费米子区域（实线）。
　　在基本粒子的世界里，你要么是费米子，要么是玻色子，但剑桥大学的一项新研究首次表明，当一个粒子从一个地方移动到另一个地方时，一个粒子可以表现得像另一个粒子。
　　卡文迪什实验室的研究人员模拟了一个由相同粒子组成的量子行走模型，这种粒子可以通过简单地跳过一维晶格中的畴壁来改变其基本特性。
　　他们的发现发表在 物理复习研究 ，打开了一扇在量子世界中设计和控制新的集体运动的窗口。
　　大家都知道基本粒子分成两组：费米子（＂物质粒子＂）或玻色子（＂力载体＂），这取决于两个粒子交换时它们的状态如何受到影响。这种＂交换统计＂强烈影响了它们的行为，费米子（电子）产生元素周期表，玻色子（光子）导致电磁辐射、能量和光。
　　在这项新的研究中理论物理学家通过施加一个空间变化的有效磁场颗粒密度，可以在一个区域诱导相同的粒子表现为玻色子而在另一个区域表现为（伪）费米子。分隔这些区域的边界对每一个粒子都是看不见的，然而，它们却显著地改变了它们的集体运动，导致了一些引人注目的现象，例如粒子被困住或分裂成许多波包。
　　＂我们所看到的一切都是由玻色子或费米子组成的。这两个群体的行为和运动完全不同：玻色子试图聚集在一起，而费米子则试图保持分离，＂第一作者Liam L.H.Lau解释道，他在卡文迪什实验室进行了这项研究，现在是罗格斯大学的研究生。
　　＂我们要问的问题是，如果粒子在一维晶格上移动时会改变它们的特性，我们对空间的概念。＂
　　这项研究的部分动机是，在实验室里能够控制粒子的性质。我们发现，在＂两个粒子之间，特别是在粒子和玻色子之间，我们可以用它们来建立强大的量子激发子＂。但是，在迄今为止的所有设置中，粒子的性质是固定的，不能在空间或时间上改变。
　　通过分析数学模型，本研究展示了如何在同一物理系统中并置玻色子、费米子甚至＂任意子＂空间域，并探讨了两个粒子如何以惊人的方式穿过这些不同的区域。
　　＂分隔这些区域的边界是非常特殊的，因为它们对单个粒子是透明的，但是，它们通过反射或传输两个到达一起的粒子来控制最终的分布。＂刘说。研究人员通过研究空间域的不同排列来说明这种＂多体＂效应，这些空间域导致两个粒子的集体运动明显不同。
　　＂这些可变的双粒子干涉本身就很吸引人，但它们为许多粒子带来的新问题更令人兴奋，＂该研究的合著者Shovan Dutta博士说，他构思并监督了卡文迪什研究所的研究，最近已转到马克斯普朗克复杂系统物理研究所工作。
　　＂我们的工作建立在工程人工磁场的最新进展上中性原子Dutta补充道：＂这些预测可以在现有的光学晶格装置中进行实验测试。＂这将打开一个丰富的可控多粒子动力学和潜在的技术应用，包括在量子传感。＂