在基本粒子的世界中，粒子要么是费米子，要么是玻色子。但剑桥大学最近的一项新研究首次表明，当它们从一个地方移动到另一个地方时，它们可以表现得像另一种粒子。 

剑桥大学卡文迪许实验室的研究人员已经模拟了同类粒子的量子行走，这些粒子可以通过简单地跳过一维晶格中的畴壁来改变它们的基本特征。

他们的这一发现最近发表在《物理评论研究》上，这为在量子世界中设计和控制新型集体运动打开了一扇窗。所有已知的基本粒子可都分为两类：费米子(物质粒子)或玻色子(力载体)，粒子属于哪类取决于两个粒子交换时它们的状态如何受到影响。这种“交换统计”强烈影响了它们的行为，费米子(如电子)产生了元素周期表，玻色子(如光子)产生了电磁辐射、能量和光。

在这项新研究中，理论物理学家表明，通过施加随空间和粒子密度变化的有效磁场，可以诱使相同的粒子在一个区域表现为玻色子，在另一个区域表现的像(伪)费米子。分隔这些区域的边界对每一个粒子来说都是不可见的，但是却极大地改变了它们的集体运动，从而导致了惊人的现象，例如粒子被困住或分裂成许多波包。

Liam LH Lau是文章第一作者，他在卡文迪什实验室攻读本科期间进行了这项研究，现在他是罗格斯大学的研究生，他解释说：“我们在我们周围看到的一切都是由玻色子或费米子组成的。这两类群体的行为和运动完全不同：玻色子试图聚集在一起，而费米子试图保持分离。”

“我们问的问题是，当粒子在一维晶格上移动时，如果粒子可以改变它们的特性，我们的空间概念会怎样。”

这项研究的部分动机是能够在实验室中控制粒子性质的非凡前景。特别是，已发现某些二维材料具有介于玻色子和费米子之间的类粒子激发(被称为任意子)，它可用于构建强大的量子计算机。然而，到目前为止，在所有的实验设置中，粒子的性质都是固定的，不能在空间或时间上改变。

通过分析数学模型，该研究展示了如何在同一物理系统中并置玻色子、费米子甚至“任意”空间域，并探索了两个粒子如何以惊人的方式穿过这些不同的区域。

Lau说：“分隔这些区域的边界非常特殊，因为它们对单个粒子是透明的，但能通过它们如何反射或传输一起到达的两个粒子来控制最终分布！”研究人员通过研究空间域的不同排列来说明这种“多体”效应，这会导致两个粒子的集体运动截然不同。

Shovan Dutta博士是该研究的合著者、卡文迪许这项研究的构思和监督者，他最近搬到了马克斯普朗克复杂系统物理研究所。他说：“这些可变的双粒子干涉本身就很吸引人，但它们为许多粒子提出的新问题更加令人兴奋。”

Dutta博士补充道：“我们的工作建立在中性原子工程人工磁场的最新研究进展的基础上，这些预测可以在现有的光学晶格装置中进行实验测试。这将使人们有机会获得丰富的可控多粒子动力学，以及包括量子传感在内的潜在技术应用。”（编译:Qtech）