Universal composite boson formation in strongly interacting one-dimensional fermionic systems
Abstract: Attractive $p$-wave one-dimensional fermions are studied in the fermionic Tonks-Girardeau regime in which the diagonal properties are shared with those of an ideal Bose gas. We study the off-diagonal properties and present analytical expressions for the eigenvalues of the one-body density matrix. One striking aspect is the universality of the occupation numbers which are independent of the specific shape of the external potential. We show that the occupation of natural orbitals occurs in pairs, indicating the formation of composite bosons, each consisting of two attractive fermions. The formation of composite bosons sheds light on the pairing mechanism of the system orbitals, yielding a total density equal to that of a Bose-Einstein condensate.
- L. P. Pitaevskii and S. Stringari, Bose-Einstein Condensation (Oxford University Press, Oxford, 2003).
- P.-O. Löwdin, Phys. Rev. 97, 1474 (1955).
- O. Penrose and L. Onsager, Phys. Rev. 104, 576 (1956).
- M. Girardeau, Journal of Mathematical Physics 1, 516 (2004).
- T. Cheon and T. Shigehara, Phys. Rev. Lett. 82, 2536 (1999).
- M. D. Girardeau, E. M. Wright, and J. M. Triscari, Phys. Rev. A 63, 033601 (2001).
- M. D. Girardeau, H. Nguyen, and M. Olshanii, Opt. Commun. 243, 3 (2004).
- M. D. Girardeau and A. Minguzzi, Phys. Rev. Lett. 96, 080404 (2006).
- A. Minguzzi and M. D. Girardeau, Phys. Rev. A 73, 063614 (2006).
- M. D. Girardeau and G. E. Astrakharchik, Phys. Rev. A 81, 043601 (2010).
- B. E. Granger and D. Blume, Phys. Rev. Lett. 92, 133202 (2004).
- F. D. M. Haldane, Phys. Rev. Lett. 47, 1840 (1981).
- M. A. Cazalilla, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 37, S1 (2004).
- P. Kościk and T. Sowiński, Phys. Rev. Lett. 130, 253401 (2023).
- S. A. Bender, K. D. Erker, and B. E. Granger, Phys. Rev. Lett. 95, 230404 (2005).
- Y. Sekino, S. Tan, and Y. Nishida, Phys. Rev. A 97, 013621 (2018).
- X. Cui, Phys. Rev. A 94, 043636 (2016).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.