Фундаментальный принцип, открытый Вольфгангом Паули, — принцип запрета Паули — гласит: никакие два фермиона (частицы с полуцелым спином) не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. В холодном веществе из-за этого формируется море Ферми: частицы, словно вода, заполняют дискретные уровни энергии снизу вверх, вплоть до поверхности, называемой энергией Ферми. Форма этой поверхности — включая «острова» пустот, где состояний нет, — определяет макроскопические свойства всей системы. Экспериментаторы охладили облако атомов лития до температур, близких к абсолютному нулю, и, используя квантовый газовый микроскоп, отследили, как атомы спонтанно группируются в тройки и четвёрки. Пространственный узор этих корреляций, подобно ряби на воде, позволил реконструировать топографию глубин моря Ферми — распределение заполненных и пустых состояний в импульсном пространстве.
Теперь этот экспериментальный метод позволит исследовать моря Ферми в жидком гелии-3 и даже в экстремально плотной среде нейтронных звёзд, где вещество сжато до немыслимой тесноты.
Без принципа Паули электроны в атомах скатились бы на самый нижний уровень, и все химические элементы стали бы неотличимы — мир превратился бы в однородную смесь.