物理学家又出手了：他们发现了一种新的量子态，在纸面上完全说得通，在正常人脑子里则完全说不通。在发表于《物理评论快报》的一项研究中，由汉斯-克里斯托夫·内格尔领导的研究人员，与法国国家科学研究中心及巴黎多芬大学的理论物理学家阿尔维塞·巴斯蒂亚内洛合作，描述了如何工程化一种被称为“分数费米海”的奇异量子态。光听名字像是被海鲜餐厅退回来的特价菜，但其中的物理确实怪得可以。

这项突破的做法是：反复改变超冷铯原子之间相互吸引或排斥的强度，把它们推到远超常规的条件下。这些粒子并没有简单地变得无序——那是我们大多数人在反复受压之后的反应——而是重新排列成一种不同寻常的构型，其行为方式与科学家传统上研究的量子系统截然不同。这些理论发现为内格尔团队在实验物理系开展的近期实验研究提供了基础。

在普通条件下，量子粒子遵循早已确立的规则来决定自身如何排列，在极低温度下尤其如此。一个重要的例子涉及费米子，即包括电子在内的一类粒子。这些粒子不能全部占据同一个量子态，因此它们按照特定限制填充可用的能级。在极低温度下，这种排列产生物理学家所称的费米海。它有序、可预测，而且——说实话——有点乏味。

但如果研究人员故意破坏那些通常支配粒子行为的条件，会发生什么？正如阿尔维塞·巴斯蒂亚内洛所解释的：“举例来说，费米子会整齐地堆叠进可用的能量状态，形成所谓的‘费米海’。但如果迫使相互作用的原子不断循环经历极端条件，让它们从强烈相互排斥平滑地转变为强烈相互吸引，又会发生什么？”这相当于在量子层面问：如果你对一个非常微小、非常困惑的灯泡不停地按开关，会发生什么？

为了探究这种可能性，研究人员研究了被限制在一维系统中的超冷铯原子。这意味着原子只能沿单一方向运动，从而创造出一种环境，使它们的量子相互作用能够以极高的控制精度加以研究。团队考察了当这些原子之间的相互作用被反复调节、在强烈排斥与吸引之间循环时会发生什么。

他们的计算揭示了意想不到的结果。从基态——即系统可用的最低能量构型——出发，原子可以被驱动进入高度激发的状态，同时不丧失其底层的组织性。研究人员将这种不寻常的排列称为分数费米海，因为它的粒子似乎遵循一条经过修改的规则来决定量子态的占据方式。

“这个相互作用循环并不是简单地加热系统，而是把原子重新组织成一种新的多体态，”本研究的第一作者曾毅说。“这为我们提供了一种受控的方式来探索超出通常平衡范式之外的量子物质。”换句话说，他们摇了摇量子蚀刻板，得到的不是一团乱麻，而是一幅杰作。

分数费米海最引人入胜的特征之一是：尽管系统已被推离平衡态很远，其粒子仍保持组织性。在物理学中，平衡描述的是系统整体性质已进入稳定均衡的状态。被驱动到远离平衡的系统可能以复杂而意想不到的方式行为，因而尤其难以理解。然而，分数费米海并不是一群随机行为的激发粒子的简单集合。相反，它包含独特的数学模式，揭示出更深层的