具有降维的多体量子系统通常表现出与3D系统截然不同的特性。例如,将原子限制在单线或一维上,会导致原子的强关联运动。由此产生的集体激发是准粒子,其性质可能与原子显著不同;在玻色气体中,由于一维相互作用产生的关联效应阻止了两个集体激发占据相同的量子态。这种强加的泡利排斥导致一维量子玻色气体的有效费米化,即使原子间排斥较弱;只有在极强的排斥作用下,3D中才会发生类似的费米化现象。在我们的实验中,我们表明,这些理论概念即使在实际系统中也具有深远的影响,而实际系统通常只有大约1D。
我们在磁阱中的严格横向约束下制备了弱相互作用铷原子的玻色气体。接下来,我们扰动系统以启动动力学,并通过测量原子密度来监测其弛豫。通过调节温度,我们可以探测一部分不可忽略的原子具有足够高的能量来引起横向激发的状态。即使在这种情况下,系统也会缓慢放松,远远超出一维的传统极限,这与量子玻色气体有效费米化的一维物理相一致。我们的观察结果表明,激发出现泡利阻塞,我们的系统有效地保持一维。
我们证明,在一维系统中,玻色子微观多体相互作用产生的宏观行为可能具有费米子特性,从而导致令人惊讶的结果。我们的方法可以推广到许多其他低维量子多体系统。