Електрони атомів розташовуються на оболонках певного енергетичного рівня. Кожному електрону відповідає своя оболонка, і якщо оболонка нижчого рівня енергії зайнята, то електрон з верхнього рівня «впасти» на неї не може. Це фундаментальна властивість, яка в квантовій механіці називається принципом заборони паулі. Австрійський фізик вольфганг паулі сформулював його в 1925 році. Принцип заборони паулі пояснює і оболонкову структуру атомів, і різноманітність хімічних елементів періодичної таблиці, і стабільність матеріальної всесвіту.

Фізики з массачусетського технологічного інституту (mit) спостерігали принцип заборони паулі в експерименті: вони виявили, що заборона проявляється в тому, як атоми розсіюють світло. Зазвичай, коли фотони світла проходять через хмару атомів, частинки світла і атоми зіткнуться один з одним, як більярдні кулі, розсіюючи світло у всіх напрямках, і це робить хмару видимою. Проте дослідники штату массачусетс виявили, що, якщо атоми є надохолодженими та надшвидкими, принцип паулі не дає частинкам розсіювати світло. Фотони проходять через них, не розсіюючись. У своїх експериментах вони спостерігали цей ефект у хмарі атомів літію. У міру охолодження атомів хмара ставала все більш щільним, тому що атоми прагнули зайняти оболонки нижчого енергетичного рівня, але через заборону паулі не могли на них потрапити і тіснилися всередині хмари, що заважало розсіюванню світла, і атоми ставали все більш тьмяними. Фізики припускають, що, якщо продовжити охолодження до температур абсолютного нуля, хмара атомів стане абсолютно невидимим. Результати цих експериментів опубліковані в science.

Важливим для демонстрації теоретичного принципу квантової фізики було досягнення контролю над атомною хмарою. В останні роки група професора mit вольфганга кеттерле, провідного автора нинішньої публікації, розробила магнітні та лазерні методи охолодження атомів до наднизьких температур. Обмежуючим фактором, за словами кеттерле, залишалася щільність. У новому дослідженні вчені використовували метод, розроблений ними раннє для заморожування хмари особливого ізотопу літію, в атомі якого три електрони, три протони і три нейтрона. Хмара таких атомів вдалося охолодити до температури 20 мікрокельвінів-це 1/100, 000 температури міжзоряного простору. Щільність надхолодних атомів в цих експериментах, збільшена сфокусованим променем лазера, досягала одного квадрильйона атомів на кубічний сантиметр.