Les fermions sont des particules élémentaires omniprésentes. Ils vont des électrons dans les métaux, aux protons et neutrons dans les noyaux et aux quarks au niveau subnucléaire. Plus loin, ils possèdent un degré de liberté intrinsèque appelé spin avec seulement deux configurations possibles, soit vers le haut, soit vers le bas. Dans une nouvelle étude publiée dans EPJ B , les physiciens théoriciens explorent la possibilité de contrôler séparément les populations de spin ascendant et descendant d'un groupe de fermions en interaction. Leur théorie détaillée décrivant le déséquilibre de la population de spin pourrait être pertinente, par exemple, dans le domaine de la spintronique, qui exploite les populations de spins polarisés.
Des mélanges de particules de Fermi déséquilibrés se produisent dans la matière comme, par exemple, semi-conducteurs placés dans un champ magnétique, en matière nucléaire, et dans le plasma des étoiles à neutrons, qui combine les sous-particules élémentaires quarks et gluons. Pierbiagio Pieri et Giancarlo Calvanese Strinati de l'Université de Camerino, Italie, se sont concentrés sur un système de fermions en interaction où les populations de spin haut et bas sont déséquilibrées. Ils ont étendu la preuve d'un théorème conçu à l'origine pour la théorie exacte d'un liquide de Fermi avec des populations égales de spin ascendant et descendant, appelé le théorème de Luttinger, à ces systèmes déséquilibrés.
Les observations expérimentales précédentes impliquaient de contrôler séparément le nombre de fermions avec un spin donné, conduisant à une libre circulation sans viscosité dans les particules de gaz, atteindre un état superfluide. Le travail de Wolfgang Ketterle et de son groupe au MIT, ETATS-UNIS, En 2008, ont également démontré que la différence entre deux populations de spin peut être rendue si grande que la superfluidité est détruite et que le système reste normal même à température nulle.
À son tour, ce dernier travail théorique introduit une contrainte qui est la clé des calculs numériques pour ces grands systèmes quantiques à N corps, à savoir que les rayons des deux sphères de Fermi, qui caractérisent les systèmes sans interaction des fermions de spin-up et de spin-down, sont conservés séparément lorsque l'interaction entre les fermions de spin-up et de spin-down est initiée.
