Un nuage d'atomes froids est piégé entre deux miroirs. On y fait passer de la lumière, et les atomes se mettent à émettre collectivement — cet effet est appelé superradiance. Mais les atomes ne se contentent pas de « briller » : leurs spins (les aiguilles magnétiques internes) interagissent avec la lumière de deux manières différentes. L'une ne dépend que de l'intensité, l'autre de la direction de polarisation. Lorsque ces deux mécanismes sont en compétition, le seuil de déclenchement de la superradiance se déplace.
Tout se joue sur l'angle entre les polarisations de la pompe et du champ dans la cavité. En le faisant varier, on peut modifier en douceur le poids du couplage vectoriel par rapport au couplage scalaire. Mais il y a aussi l'interdiction de Pauli : deux fermions identiques ne peuvent pas occuper le même état. De ce fait, pour déclencher la superradiance, il faut une profondeur de réseau optique suffisante — la lumière doit « pousser » les atomes, surmontant leur réticence quantique à se rapprocher.
Les auteurs ont examiné un mélange de deux sortes d'atomes — conventionnellement « spin up » et « spin down ». Si l'un des types est plus nombreux que l'autre, la transition peut devenir brutale, comme un saut — comme si une partie de la foule se levait soudainement d'un seul coup. S'il y en a autant, la transition est progressive. Mais la frontière au-delà de laquelle l'émission ordonnée commence est toujours déterminée par la compétition entre les interactions scalaires et vectorielles. Cette conclusion est universelle, valable pour les fermions comme pour les bosons.
Le principe de Pauli interdit à deux électrons (ou atomes fermioniques) de se trouver dans le même état quantique. C'est précisément cette propriété qui empêche les atomes de « s'effondrer » les uns dans les autres et assure la stabilité de la matière.