本论文阐述了我在攻读博士学位期间对幺正费米气体在超流相变附近的物理性质所进行的实验研究。依托一套全新的超冷锂镝原子实验装置,我们使用6Li原子制备出了密度均匀的幺正费米简并气体,并且改良了布拉格谱技术和可分辨动量的射频谱技术,从而对热力学性质、声波的传播与衰减、线性输运、谱函数、赝能隙等问题展开了更加深入的探索。与简谐势阱相比,盒型势阱的优势在于可以制备密度均匀的量子简并气体,而密度的均匀性则有利于对实验结果的解读以及对理论模型的检验。在搭建超冷锂镝原子实验室时,我们博采众长,融合并发展了诸多先进的超冷原子调控手段,最终成功地实现了具有世界顶尖水平的密度均匀费米简并气体制备技术。以此为基础,我们制备的幺正费米超流可以达到h×50 kHz的费米能（其中h是普朗克常数）,温度控制精度优于0.01倍费米温度,密度的非均匀性小于2%,各项指标均位于国际前列。布拉格谱是超冷原子领域中的重要研究手段。对于量子简并气体而言,传统的布拉格谱着眼于布拉格光向多体系统传递的总动量,实验结果不仅会受到布拉格光有限时长所导致的展宽作用,而且其信号强度正比于布拉格势场的波数,不利于开展对长波微扰与长波响应的研究。我们对布拉格谱技术进行了改良,通过原位地观测幺正费米超流的密度波动,从而在线性耗散二流体模型的基础上直接获得了密度-密度响应函数,并且从中提取出了第一声波与第二声波的声速与衰减率,从而得到了内能、熵等热力学函数以及比前人的测量结果更加精确的超流组分占比。不仅如此,我们还独立地获得了剪切黏度、容积黏度和热导率等线性输运参数,发现幺正费米超流的容积黏度几乎为零,并且剪切黏度和热导率都接近于量子力学所赋予的极限,分别是nh和nhkB/m,其中n是原子数密度,m是原子质量,h是约化普朗克常数,kB是玻尔兹曼常数。与此同时,我们还发现幺正费米气体超流相变的临界温区宽度约为液氦超流的一百倍,这为日后深入研究临界输运现象打下了良好的基础。可分辨动量的射频谱可以揭示量子简并气体的微观属性,尤其是原子之间的配对。然而,在数百高斯磁场下,6Li原子基态中能量最低的三个塞曼能级两两之间都存在很宽的Feshbach共振,并且其磁场范围互相重叠。在射频谱实验中,无论选择其中哪两个态来制备幺正费米简并气体、并以第三个态作为射频跃迁的末态,都无法彻底规避末态效应,也不能对动量分布进行测量。为了克服这个阻碍,我们选择了一个新的塞曼能级作为射频跃迁的末态,其代价是对磁场的稳定性提出了极为苛刻的要求。我们结合了静磁屏蔽、前馈控制、电流滤波等多种手段,最终将磁场的稳定性提升到了可以顺利开展实验的程度。在此基础上,我们测量了密度均匀的幺正费米气体在超流相变附近的射频谱,并且提取出了可分辨动量的射频谱,以此为依托可以着手分析谱函数、赝能隙等重要问题。