I kvantmekanikens lärobok, det sägs att bosoner och fermioner, två typer av elementarpartiklar som bygger universum, bete sig på ett drastiskt annorlunda sätt. Till exempel, bosoner kan dela samma kvanttillstånd medan fermioner av samma slag inte kan annat än fylla tillgängliga kvanttillstånd en efter en.

Ändå, modern utveckling inom kondensmaterialfysik och högenergifysik har föreslagit att gränsen mellan bosoner och fermioner kan vara suddig. Ett av sådana exempel är en gas av flersmaksfermioner, var och en identifierad av ett annat snurr, där två valfria smaker interagerar med varandra genom samma interaktion. Flersmaksfermioner med sådan SU(N)-symmetri förväntas bete sig som en ensemble av spinnlösa bosoner när antalet olika snurr i systemet blir mycket stort. Forskarna vid Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) och Purdue -universitetet använder kvantsimulering för att utforska ett sådant 'bosoniseringsfenomen' med ultrakylda fermioner i tre dimensioner.

Bosonisering har utforskats – teoretiskt och experimentellt – i endimensionella system. Men det är oklart om bosonisering sker i högre dimensionella system, till stor del för att exakta lösningar på det interagerande många kroppssystemet är okända. Här, forskarna visar, för första gången, att det förekommer i tredimensionella system genom att mäta tvåkroppskontakter, den centrala kvantiteten som styr alla termodynamiska kvantiteter av utspädda kvantgaser från energin till trycket. Bevis på bosonisering i kontakter visar alltså att alla andra termodynamiska storheter också närmar sig bosonernas.

Under experimentet, forskarna kontrollerar antalet fermionspin från 1 till 6, och övervaka hur kontakt med fermioner närmar sig bosons.

Gyu-Boong Jo, Docent i fysik vid HKUST, en av ledarna för forskargruppen, sa, "Vår experimentella observation bekräftar att fermioner med flera smaker kan bosonisera med det ökande antalet snurr i tre dimensioner. Det är anmärkningsvärt att kvantsimulera en speciell typ av fermionsystem som är svåra att realisera i fasta ämnen och att ta itu med en öppen fråga".

Detta arbete har visat en metod för övervakning av kontakter som ett nytt verktyg för att utforska kvantämne och dess underliggande symmetrier. Särskilt, detta banar väg för den exakta undersökningen av SU(N)-symmetriska fermioner, där icke-identiska fermioner interagerar identiskt, som inte är lättillgängliga i riktiga material.