Fermioner är allestädes närvarande elementarpartiklar. De spänner från elektroner i metaller, till protoner och neutroner i kärnor och till kvarkar på subnukleär nivå. Ytterligare, de har en inneboende frihetsgrad som kallas spinn med endast två möjliga konfigurationer, antingen upp eller ner. I en ny studie publicerad i EPJ B , teoretiska fysiker undersöker möjligheten att separat styra upp och ner spinnpopulationer i en grupp interagerande fermioner. Deras detaljerade teori som beskriver spinpopulationsobalansen kan vara relevant, till exempel, till området för spintronik, som utnyttjar polariserade spinnpopulationer.

Obalanserade fermi-partikelblandningar förekommer i materia som, till exempel, halvledare placerade i ett magnetfält, i kärnkraft, och i plasman av neutronstjärnor, som kombinerar de elementära underpartiklarna kvarkar och gluoner. Pierbiagio Pieri och Giancarlo Calvanese Strinati från University of Camerino, Italien, fokuserat på ett interagerande fermionsystem där upp och ner spinnpopulationerna är obalanserade. De utökade beviset för ett teorem som ursprungligen utformades för den exakta teorin om en Fermi-vätska med lika stora populationer av upp- och nedåtsnurr, kallas Luttingers sats, till dessa obalanserade system.

Tidigare experimentella observationer involverade separat kontroll av antalet fermioner med ett givet spin, leder till fri rörlighet utan viskositet i gaspartiklarna, att nå ett superflytande tillstånd. Verket av Wolfgang Ketterle och hans grupp vid MIT, USA, 2008, visade också att skillnaden mellan två spinnpopulationer kan göras så stor att superfluiditet förstörs och systemet förblir normalt även vid noll temperatur.

I tur och ordning, detta senaste teoretiska arbete introducerar en begränsning som är nyckeln till numeriska beräkningar för så stora kvantsystem för många kroppar, nämligen att radierna för de två Fermi-sfärerna, som kännetecknar de icke-interagerande systemen av spin-up och spin-down fermioner, bevaras separat när interaktionen mellan spin-up och spin-down fermionerna initieras.