Principio de exclusión de pauli
El principio de exclusión de Pauli es una regla de la mecánica cuántica enunciada por Wolfgang Ernst Pauli en 1925. Establece que no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos (esto es, en el mismo estado cuántico) dentro del mismo sistema cuántico. Formulado inicialmente como principio, posteriormente se comprobó que era derivable de supuestos más generales: de hecho, es una consecuencia del teorema de la estadística del espín.
 |
| https://media4.picsearch.com/is?o5acIt3IQkY0 ChAHYtAiRvcepCHv9T5A7PAMl7HRKww&height=307 |
Históricamente el principio de exclusión de Pauli fue formulado para explicar la estructura atómica y la organización de la tabla periódica, y consistía en imponer una restricción sobre la distribución de los electrones en los diferentes estados cuánticos. Posteriormente, el análisis de sistemas de partículas idénticas llevó a la conclusión de que cualquier estado debía tener una simetría bajo intercambio de partículas peculiar, lo cual implicaba que existían dos tipos de partículas: Fermiones, que satisfarían el principio de Pauli, y bosones, que no lo satisfarían.
El principio de exclusión de Pauli estipula que dos Fermiones no pueden ocupar el mismo estado cuántico dentro del mismo sistema al mismo tiempo, mientras que para el caso de los electrones estipula que es imposible para 2 electrones en un mismo átomo tener los mismos 4 valores para los números cuánticos, donde esos 4 números incluyen el número cuántico principal, el número cuántico de momento angular, el número cuántico magnético y por último, el número cuántico de espín. Como se ha dicho, el principio de exclusión de Pauli solo es aplicable a Fermiones , esto es, partículas que forman estados cuánticos antisimétricos y que tienen espín semientero. Son Fermiones, por ejemplo, los electrones y los quarks (estos últimos son los que forman los protones y los neutrones). En cambio, partículas como el fotón, y el (hipotético) gravitón, no obedecen a este principio, ya que son bosones, esto es, forman estados cuánticos simétricos y tienen espín entero. Como consecuencia, una multitud de fotones puede estar en un mismo estado cuántico de partícula, como en los láseres.
Es sencillo derivar el principio de Pauli, basándonos en el teorema espín-estadístico aplicado a partículas idénticas. Los Fermiones de la misma especie, forman sistemas con estados totalmente antisimétricos, lo que para el caso de dos partículas significa que:
La permutación de una partícula por otra, invierte el signo de la función que describe al sistema. Si las dos partículas ocupan el mismo estado cuántico , el estado del sistema completo es . Entonces:
En este caso, no puede darse porque el ket anterior no representa un estado físico. Este resultado puede generalizarse por inducción al caso de más de dos partículas.
consecuencias:
El caso más conocido, por su amplia utilización en el campo de la química y la física atómica, es el sistema cuántico del átomo de Schrödinger, siendo los Fermiones los electrones. Por ello es la versión más conocida de este lema: "Dos electrones en un átomo no pueden tener los mismos números cuánticos".
Otro fenómeno físico del que es responsable el principio de Pauli, es el ferromagnetismo, en el que el principio de exclusión implica una energía de intercambio que induce al alineamiento paralelo de electrones vecinos (que clásicamente se alinearían antiparalelamente).
wolfgang pauli
Wolfgang Ernst Pauli (Viena, 25 de abril de 1900-Zúrich, 15 de diciembre de 1958) fue un físico teórico austríaco, nacionalizado suizo y luego estadounidense. Se cuenta entre los padres fundadores de la mecánica cuántica; es suyo el principio de exclusión, según el cual es imposible que dos electrons —en un átomo— puedan tener la misma energía, el mismo lugar, e idénticos números cuánticos.
Nacido de Wolfgang Joseph Pauli y Berta Camilla Schütz, Pauli, ya desde su nombre había sido destinado al camino de la física; en efecto, su padre le puso el segundo nombre en honor de Ernst Mach.
Estudió en el Döblinger Gymnasium de Viena, donde se licenció en física en 1918. Después de tan solo dos meses publicó su primer artículo sobre la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. En julio de 1921 logró su doctorado en física, tutelado por Arnold Sommerfeld, en la Universidad de Múnich (Ludwig-Maximilians-Universität - LMU).
Sommerfeld, su padrino de tesis doctoral, le había sugerido realizar un artículo sobre la relatividad para la Enciclopedia de ciencias matemáticas, una obra alemana. Dos meses después de doctorarse Pauli concluyó el artículo, de 237 páginas, recibiendo elogios de Einstein: publicado como monografía, es todavía hoy una de las referencias básicas sobre el tema.
 |
| https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/thumb/f/fb/Wolfgang_Pauli_ETH- Bib_Portr_01042.jpg/200px-Wolfgang_Pauli_ ETH-Bib_Portr_01042.jpg |
Pasó un año en la Universidad de Gotinga como asistente de Max Born, y al año siguiente se trasladó al Instituto Niels Bohr de física teórica en Copenhague.
En mayo de 1929 Pauli abandona la Iglesia católica y en diciembre se casa con Käthe Margarethe Dëppner, de quien se divorcia en 1930, tras poco menos de un año de matrimonio.
En 1928 es nombrado profesor de física teórica en la Escuela Politécnica Federal de Zúrich, en Suiza.
Dicta después algunos seminarios en la Universidad de Míchigan en 1931 y en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en 1935.
En 1934 se casa con Francisca Bertram, junto a quien permanecerá ligado hasta su muerte. La anexión de Austria por Hitler en 1938 lo convierte en ciudadano alemán. En 1940, por la Segunda Guerra Mundial, se trasladó a Estados Unidos para hacerse cargo de la cátedra de física en Princeton.
En 1945 recibe el Premio Nobel de Física por su descubrimiento del principio de exclusión, obteniendo la nacionalidad estadounidense en 1946. Finalizado el conflicto mundial, regresa a Zúrich. Allí muere el 15 de diciembre de 1958, a los 58 años de edad.
