探测量子气体中的费米海拓扑结构

Pauli 排斥原理迫使费米子占据不同的量子态，在低温下形成动量空间中被填充的区域——费米海，其拓扑结构决定了系统对扰动的响应及其关联函数的性质。最近的理论预测对于非相互作用的费米子，$D$ 维费米海的欧拉特征(Euler characteristic)——描述其形状的拓扑不变量——编码于其 ($D$+1) 维密度关联中。我们通过对二维退火 $\rm ^6Li$ 原子气体进行单原子分辨成像实验，实证证明了这一联系。通过测量实空间中的三点和四点连接密度关联，我们直接提取了底层费米海的拓扑不变量，包括欧拉特征。尽管存在显著相互作用，我们的结果与理想气体预测表现出惊人的一致性，为通过关联测量探测多体拓扑性质开辟了新途径。