principio de exclusión de Pauli
El principio de exclusión de Pauli es el principio mecánico cuántico que establece que dos o más fermiones idénticos (partículas con espín medio entero ) no pueden ocupar el mismo estado cuántico dentro de un sistema cuántico simultáneamente. Este principio fue formulado por el físico austriaco Wolfgang Pauli en 1925 para electrones , y luego se extendió a todos los fermiones con su teorema de estadística de espín de 1940.
En el caso de los electrones en los átomos, se puede afirmar de la siguiente manera: es imposible que dos electrones de un átomo polielectrónico tengan los mismos valores de los cuatro números cuánticos : n , el número cuántico principal ; ℓ , el número cuántico acimutal ; m ℓ , el número cuántico magnético ; y m s , el número cuántico de espín . Por ejemplo, si dos electrones residen en el mismo orbital , entonces sus valores de n , ℓ ym ℓ son los mismos; por lo tanto su m s debe ser diferente y, por lo tanto, los electrones deben tener proyecciones de espín semienteras opuestas de 1/2 y −1/2.
Las partículas con espín entero, o bosones , no están sujetas al principio de exclusión de Pauli: cualquier número de bosones idénticos puede ocupar el mismo estado cuántico, como ocurre, por ejemplo, con los fotones producidos por un láser o los átomos en un condensado de Bose-Einstein .
Una afirmación más rigurosa es que, con respecto al intercambio de dos partículas idénticas, la función de onda total (muchas partículas) es antisimétrica para los fermiones y simétrica para los bosones. Esto significa que si se intercambian las coordenadas espaciales y de espín de dos partículas idénticas, la función de onda total cambia de signo para los fermiones y no cambia para los bosones.
Si dos fermiones estuvieran en el mismo estado (por ejemplo, el mismo orbital con el mismo espín en el mismo átomo), intercambiarlos no cambiaría nada y la función de onda total no cambiaría. La única forma en que la función de onda total puede cambiar de signo como se requiere para los fermiones y también permanecer sin cambios es que esta función debe ser cero en todas partes, lo que significa que el estado no puede existir. Este razonamiento no se aplica a los bosones porque el signo no cambia.
El principio de exclusión de Pauli describe el comportamiento de todos los fermiones (partículas con " espín medio entero "), mientras que los bosones (partículas con "espín entero") están sujetos a otros principios. Los fermiones incluyen partículas elementales como quarks , electrones y neutrinos . Además, los bariones como los protones y los neutrones ( partículas subatómicas compuestas por tres quarks) y algunos átomos (como el helio-3) son fermiones y, por lo tanto, también se describen mediante el principio de exclusión de Pauli. Los átomos pueden tener un "espín" general diferente, lo que determina si son fermiones o bosones; por ejemplo , el helio-3 tiene un espín 1/2 y, por lo tanto, es un fermión, en contraste con el helio-4, que tiene un espín 0 y es un bosón. [1] : 123–125 Como tal, el principio de exclusión de Pauli sustenta muchas propiedades de la materia cotidiana, desde su estabilidad a gran escala hasta el comportamiento químico de los átomos .
