泡利原理的直接观察

研究人员对实验进行了艺术渲染。将来，他们计划将其成像和分析方法扩展到交互系统，以研究强相关介观费米系统中的配对和超流动性。来源：隆德生物影像中心（LIBC）的乔纳斯·艾尔斯泰特（Jonas Ahlstedt）。

泡利不相容原理是由奥地利物理学家沃尔夫冈泡利介绍的量子力学的一个定律，它提供了关于物质结构的宝贵见解。更具体地说，泡利原理指出两个或两个以上相同的费米子不能同时占据一个量子系统内相同的量子态。

海德堡大学物理研究所的研究人员最近已经在包含多达六个粒子的连续系统中直接观察到了这一原理。他们的实验（发表在《物理评论快报》上的一篇论文中概述）可以为更好地理解由费米组成的强相互作用系统铺平道路。

“研究复杂的多体系统的愿景从小的，很好的理解，构建块在我们的团队有很长的历史，”Luca Bayha和Marvin Holten，两位最近进行研究的研究人员，通过电子邮件告诉记者。“这始于我们每次形成一个原子的费米海的实验，最终在我们最新的研究中，我们可以在只有6个原子的系统中观察到量子相变的迹象。”

近年来，Bayha, Holten和他们的同事们投入了大量的精力来开发一种新技术，这种技术可以让他们在细观系统中对单个原子成像，以便对它们进行更详细的检查。在他们最近的研究中，他们首次将这种技术应用于由多达6个非相互作用费米子原子组成的连续系统。

泡利晶体显示出其中三个铁离子原子最常在二维谐波陷阱中排列的构型。非相互作用颗粒的相对位置之间的强相关性是泡利排斥原理的结果。该图像是通过分析数千个具有单个原子分辨率的实验图像而创建的。来源：海德堡大学Selim Jochim集团。

Bayha和Holten说：“我们研究的主要目的是观察连续系统中的高阶相关性。” “非交互系统是基准测试实验的理想起点。”

在2016年，由Mariusz Gajda领导的研究小组首先提出可以将高阶相关性可视化为``泡利晶体''。泡利晶体是美丽的图案，可以出现在被捕获且不相互作用的费米子云中。

到目前为止，Bayha，Holten及其同事在最多包含六个粒子的系统中观察到了这些模式。但是，他们希望在不久的将来使用更多的粒子和强大的相互作用进行进一步的实验。这将使他们能够进一步检查二维系统中的配对和超流动性。

Bayha和Holten解释说：“在连续系统中对Pauli原理的直接观察对实验提出了相当具有挑战性的要求。” “该系统必须足够冷，并且必须在非常低的绝对能量规模上进行控制。只有这样，各个粒子的波函数才重叠，并且其铁离子性质变得很重要。”