Un gas degenerado de Fermi es una colección macroscópica de átomos tal que las partículas que lo componen se encuentran arregladas de menor a mayor valor en la escala de energía. Así, la partícula en el estado de más baja energía posee energía igual a cero, y la partícula que se encuentra en el estado más alto tiene una energía denominada energía de Fermi. El hecho de que los fermiones se distribuyan de esta forma, es una consecuencia de la imposibilidad de dos fermiones de ocupar el mismo estado cuántico. En la Figura 2 se ilustra esquemáticamente el arreglo energético para formar un gas degenerado de Fermi. Sin embargo, aunque de manera similar al caso de los bosones, no es posible llegar al cero absoluto de la temperatura, el fenómeno se puede observar a temperaturas muy bajas. Se ha encontrado en el laboratorio que las temperaturas necesarias para obtener un gas degenerado de Fermi son comparables a las que dan lugar a la Condensación en un gas de Bose, es decir solo algunas millonésimas de grado kelvin por encima del cero absoluto.

Figura 2. Se ilustra esquemáticamente el arreglo energético de un gas de fermiones cuando este tiene la menor temperatura posible y se forma un gas degenerado de Fermi. La energía EF se conoce como energía de Fermi y corresponde a la energía del átomo situado en la parte más alta de este arreglo.

En un laboratorio, la imposibilidad de los fermiones de ocupar el mismo estado se traduce en la dificultad para enfriar un gas de Fermi. Como se ha explicado antes, el mecanismo último durante el proceso de enfriamiento de un gas atómico son las colisiones entre pares de partículas, ya que es a través de estos choques que el gas llega a un estado de equilibrio en el que la temperatura del sistema completo disminuye. Sin embargo, en un gas de Fermi, esta situación no se produce de forma natural debido a que de manera efectiva los fermiones presentan una especie de repulsión entre ellos, como consecuencia del Principio de Exclusión de Pauli, y esto impide que las partículas interactúen a través de colisiones. Por tal motivo, el mecanismo que se empleó en el laboratorio para producir por primera vez un gas degenerado de Fermi fue combinar un gas de Fermi, a la temperatura mínima que se podía alcanzar utilizando las técnicas de enfriamiento explicadas antes, con un gas de bosones a temperatura mas baja, de tal forma que los fermiones pudieran chocar con los bosones menos energéticos, logrando de manera global disminuir la temperatura del gas de Fermi.

No fue sino hasta 1999 cuando se produjo un gas degenerado de Fermi utilizando esta técnica que se conoce como “enfriamiento asistido”.