در مدرسه با سه شکل ماده آشنا میشویم: گاز، مایع و جامد. ولی این‌ها نیمی ازحالات ماده اند. شش شکل ماده وجود دارد: جامد، مایع، گاز، پلاسما، ماده چگالباس اینشتین و حالت تازه کشف‌شده: ماده چگال فرمیونی. تمام دانش‌آموزان راهنماییخصوصیات حالات معمول ماده روی زمین را می‌شناسند. مواد جامد در برابر تغییر شکلمقاومت می‌کنند، آنها سفت و گاهی شکننده اند. مایع‌ها جاری می‌شوند و به سختیمتراکم می‌گردند و شکل ظرف خود را می‌گیرند. گاز‌ها کم چگال‌تر اند وساده‌تر متراکم می‌شوند و نه‌تنها شکل ظرف محتویشان را می‌گیرند، بلکه آن‌قدر منبسطمی‌شوند تا کاملا آن را پر کنند. حالت چهارم ماده، پلاسما، شبیه گاز است واز اتم‌هایی تشکیل شده‌است که تمام یا تعدادی از الکترون‌های خود را از دستداده‌اند (یونیده شده‌اند). بیشتر ماده جهان در حالت پلاسماست، مثل خورشید که ازپلاسما تشکیل شده‌است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می‌توان آن را در میدان‌هایمغناطیسی به دام انداخت. حالت پنجم با نام ماده چگال بوز اینشتین (Bose Einstein condensate) که در سال ۱۹۹۵ کشف شد، در اثر سرد شدن ذراتی به نامبوزون‌ها (Bosons) تا دما‌هایی بسیار پایین پدید می‌آید. بوزون‌های سرد در همفرومی‌روند و ابر ذره‌ای که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد تا ذره‌ای معمولی شکلمی‌گیرد. ماده چگال بوز اینشتین شکننده‌است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است. حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی (Fermionic condensate) است. دبورا جین (Deborah Jin) از دانشگاه کلورادو که گروهش در اواخر پاییز سال ۱۳۸۲ موفق به کشفاین شکل تازه ماده شده‌است، می‌گوید: وقتی شکل جدیدی از ماده روبرو می‌شوید بایدزمانی را صرف شناخت ویژگی‌هایش کنید. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری ازپانصدهزار اتم پتاسیم – ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیم درجه بالاتر از صفر مطلقپدیدآوردند. این اتم‌ها در چنین دمایی بدون گران‌روی جریان می‌یابند و این نشانهظهور ماده‌ای جدید بود. در دما‌های پایین‌تر چه اتفاقی می‌افتد؟ هنوز نمی‌دانیم. ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه ماده چگال بوز اینشتین (BEC) است. ذرلتبنیادی و اتمها در طبیعت می نوانند به شکل بوزون یا فرمیون باشند. یکی از تفاوتهایاساسی میان آنها حالتهای کوانتومی مجلز برای ذرلت است. تعداد زیلدی بوزون می تواننددر یک حالت کوانتومی باشند ، مثلا انرژی ، اسپین و ... آنها یکی باشد ، اما مطابقاصل طرد پائولی دو فرمیون نمی توانند همزمان حالتهای کوانتومی یکسان داشته باشند. برای همین مثلا در آرایش اتمی ، للکترونها که فرمیون هستند نمی توانند همگی در یکتراز انرژی قرار گیرند.در هر اربیتال تنها دو الکترون که اسپینهای متفاوت داشتهباشند جا می گیرد و الکترونهای بعدی باید یه اربیتال دیگری با انرژی بالاتر بروند. ینابراین اگر فرمیونها را سرد کنیم و انرژی آنها را بگیریم ، ابتداپایینترین تراز انرژی پر می شود ، اما ذره بعدی باید به ترازی با انرژی بالاتربرود. وجود ماده چگال فرمیونی همانند ماده چگال یوز اینشتین سالها قبل پیش بینیشده و خواص آن محاسبه شده بود ، اما رسیدن به دمای نزدیک به صفر مطلق که برای تشکیلاین شکل ماده لازم است تا کنون ممکن نشده بود. هر دو از فرورفتن اتم‌ها در دماهاییبسیار پایین ساخته‌می‌شوند. اتم‌های BEC بوزون اند و اتم‌های ماده چگال فرمیونی،فرمیون. اما این‌ها به چه معنی اند؟ بوزون‌ها می توانند همگی در یک ترازانرژی قرارگیرند. به طور کلی اگر تعداد الکترون + پروتون + نوترون اتمی عددی زوجباشد، آن اتم یک بوزون است. مثلا اتم‌های سدیم معمولی بوزون ‌اند و می‌توانند بهحالت فاز چگال بوز اینشتین ادغام شوند.