principio di esclusione di Pauli
principio di esclusione di Pauli
Principio fondamentale della fisica secondo il quale due fermioni non possono occupare lo stesso stato quantico simultaneamente. I fermioni sono particelle che soddisfano la statistica di Fermi-Dirac e hanno spin semi-intero (1/2, 3/2, 5/2,…). Gli elettroni, per es., sono fermioni con spin pari a 1/2 e soddisfano dunque il principio. Anche protoni e neutroni vi sono soggetti, contrariamente a pioni e fotoni. Secondo il principio di Pauli, proposto negli anni Venti del secolo scorso dal fisico austriaco Wolfgang Pauli, premio Nobel nel 1945, ogni stato quantico può essere vuoto o occupato al più da un fermione. Il momento angolare intrinseco (spin) dell’elettrone si può descrivere mediante una funzione d’onda a due componenti. Nel caso di n elettroni l’autofunzione ha 2n componenti, in quanto ogni elettrone richiede un indice a due valori. Tali funzioni d’onda consentono di formulare in modo esatto il principio di esclusione. La formulazione generale del principio stabilisce che la funzione d’onda deve essere antisimmetrica rispetto allo scambio di una coppia di fermioni e simmetrica rispetto allo scambio di una coppia di bosoni. Ciò significa che essa deve cambiare segno se si scambiano le coordinate cartesiane o gli indici di spin di una qualsiasi coppia di elettroni. Si tratta di un risultato fondamentale in fisica della materia in quanto assicura che gli atomi non collassino. Ogni livello elettronico può contenere soltanto due elettroni, uno con spin su e l’altro con spin giù. Eventuali altri elettroni sonno pertanto costretti a occupare i livelli superiori. Il principio di esclusione di Pauli ha fornito una prospettiva completamente nuova alla formulazione della tavola periodica degli elementi. Esso contribuisce inoltre a spiegare la stabilità su larga scala della materia, fenomeno che interessa oggetti astrofisici come le nane bianche e le stelle di neutroni.
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