Zespołowi naukowców z Uniwersytetu w Heidelbergu udało się zbudować aparat, który pozwolił im po raz pierwszy obserwować kryształy Pauliego.
Zasada wykluczenia Pauliego jest dość prosta: zapewnia, że żadne dwa fermiony nie mogą mieć tej samej liczby kwantowej. Ale podobnie jak w przypadku wielu zasad fizyki, to proste stwierdzenie wywarło głęboki wpływ na mechanikę kwantową. Dokładniejsze przyjrzenie się tej zasadzie ujawnia, że sugeruje ona również, iż żadne dwa fermiony nie mogą zajmować tego samego stanu kwantowego. A to oznacza, że elektrony muszą mieć różne orbity wokół jądra, a przez to wyjaśnia, dlaczego atomy mają objętość. To zrozumienie samoorganizacji fermionów doprowadziło do innych ustaleń – na przykład, że powinny one tworzyć kryształy o określonej geometrii, które są obecnie znane jako kryształy Pauliego. Kiedy dokonano tej obserwacji po raz pierwszy, zrozumiano, że takie tworzenie kryształów może nastąpić tylko w wyjątkowych okolicznościach. W ramach tego nowego wysiłku naukowcy rozwiązali okoliczności i tym samym zbudowali aparat, który pozwolił im po raz pierwszy obserwować kryształy Pauliego.
Prace obejmowały konfigurację obejmującą lasery, które były w stanie uwięzić chmurę atomów litu-6 przechłodzoną do ich niższego stanu energetycznego, zmuszając ich do przestrzegania zasady wykluczenia w płaskiej warstwie o grubości jednego atomu. Zespół zastosował następnie technikę, która pozwoliła im sfotografować atomy, gdy znajdowały się w określonym stanie – i tylko te atomy. Następnie wykorzystali aparat do zrobienia 20 000 zdjęć, ale wykorzystali tylko te, które pokazały odpowiednią liczbę atomów – co wskazuje, że przestrzegali zasady wykluczenia Pauliego. Następnie zespół przetworzył pozostałe obrazy, aby usunąć wpływ całkowitego pędu w chmurze atomowej, odpowiednio obrócił je, a następnie nałożył na nie tysiące, ujawniając rozkład pędu poszczególnych atomów – w tym momencie struktury krystaliczne zaczęły się pojawiają się na fotografiach, tak jak przewidywała teoria. Naukowcy zauważają, że ich technika może być również wykorzystana do badania innych efektów związanych z gazami opartymi na fermionie.