探索普适费米气体的热力学

从沙堆到金属中的电子，现代物理学最大的挑战之一是理解强相互作用粒子系综的行为。一类量子多体系统，如中子物质和冷费米气体，当相互作用达到量子力学允许的最大有效值（即所谓的幺正极限[1,2]）时，共享相同的普适热力学性质。因此，可以在原子物理实验室高度受控的环境中模拟某些天体物理现象。先前关于双组分费米气体热力学的工作得到了平均于陷阱上的热力学量[3-5]，这使得难以与为均匀气体发展的多体理论进行比较。在此，我们发展了一种通用方法，首次提供了均匀气体的状态方程，并与现有理论进行了详细比较[6,14]。我们状态方程的精度为幺正气体的新物理见解提供了基础。对于非极化气体，我们证明了强相互作用正常相的低温热力学可以用费米液体理论很好地描述，并定位了超流转变。对于自旋极化系统，我们的零温度状态方程精度达到2%，并将[15]关于相图的工作扩展到了新的精度范围。我们特别表明，尽管存在强关联，正常相表现为两种理想气体的混合物：裸多数原子的费米气体和一种无相互作用的准粒子（费米子极化子[10,16-18]）气体。