No livro texto de mecânica quântica, afirma-se que bósons e férmions, dois tipos de partículas elementares que constroem o universo, se comportar de uma maneira drasticamente diferente. Por exemplo, bósons podem compartilhar o mesmo estado quântico, enquanto férmions do mesmo tipo não podem deixar de preencher os estados quânticos disponíveis um por um.

No entanto, desenvolvimentos modernos em física de matéria condensada e física de alta energia sugeriram que a fronteira entre bósons e férmions pode ser borrada. Um desses exemplos é um gás de férmions de múltiplos sabores, cada um identificado por um giro diferente, em que quaisquer dois sabores interagem um com o outro pela mesma interação. Espera-se que os férmions de múltiplos sabores com tal simetria SU (N) se comportem como um conjunto de bósons spinless quando o número de spins diferentes no sistema se tornar muito grande. Os pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong (HKUST) e da Universidade Purdue usam simulação quântica para explorar esse fenômeno de 'bosonização' com férmions ultracold em três dimensões.

A bosonização foi explorada - teórica e experimentalmente - em sistemas unidimensionais. Mas não está claro se a bosonização ocorre em sistemas dimensionais superiores, em grande parte porque as soluções exatas para o sistema de muitos corpos em interação são desconhecidas. Aqui, os pesquisadores mostram, pela primeira vez, que ocorre em sistemas tridimensionais medindo contatos de dois corpos, a quantidade central que governa todas as quantidades termodinâmicas de gases quânticos diluídos, variando da energia à pressão. Evidências de bosonização em contatos demonstram, portanto, que todas as outras grandezas termodinâmicas também se aproximam das dos bósons.

Durante o experimento, os pesquisadores controlam o número de spins de férmions de 1 a 6, e monitorar como o contato dos férmions se aproxima do dos bósons.

Gyu-Boong Jo, Professor Associado de Física na HKUST, um dos líderes da equipe de pesquisa, disse, "Nossa observação experimental confirma que férmions de múltiplos sabores podem se bosonizar com o número crescente de spins em três dimensões. É notável simular quânticos um tipo especial de sistemas fermiônicos que são difíceis de serem realizados em sólidos e de responder a uma questão em aberto".

Este trabalho demonstrou um método de monitoramento de contatos como uma nova ferramenta para explorar a matéria quântica e suas simetrias subjacentes. Em particular, isso abre o caminho para a investigação precisa de férmions assimétricos SU (N), em que férmions não idênticos interagem de forma idêntica, que não estão facilmente disponíveis em materiais reais.