Principe d'exclusion de Pauli - Définition

Introduction

Mécanique quantique

Postulats de la mécanique quantique Histoire de la mécanique quantique Concepts fondamentaux État quantique · Superposition · Observable · Intrication · Mesure · Principe d'incertitude · de correspondance · Dualité · Décohérence Expériences Fentes de Young · Expérience de Stern et Gerlach · Chat de Schrödinger · Gomme quantique · Paradoxe EPR · Téléportation quantique · Expérience d'Aspect Formalisme Notation Bra-Ket · Équation de Schrödinger · Matrice densité · Représentation de Schrödinger · de Heisenberg · d'interaction Statistiques Maxwell-Boltzmann · Échange · Fermi-Dirac · Fermion · Bose-Einstein · Boson Théories avancées Théorie quantique des champs · Axiomes de Wightman · Électrodynamique quantique · Chromodynamique quantique · Gravité quantique · Diagramme de Feynman Interprétations Problème de la mesure · Copenhague · Ensemble · Variables cachées · Transactionnelle · Mondes multiples · Histoires consistantes · Logique quantique · Réduction par l'observation (consciente) Physiciens Planck · de Broglie · Schrödinger · Heisenberg · Bohr · Pauli · Born · Dirac · von Neumann · Einstein · Bohm · Feynman · Everett · Penrose

Cette boîte : voir • disc. • mod.

En 1925, Wolfgang Pauli proposa un principe selon lequel les fermions (particules de spin semi-entier telles que les électrons, les protons ou les neutrons), ne peuvent pas se trouver au même endroit dans le même état quantique.

Ce principe devint ensuite un théorème de la mécanique quantique relativiste, inventée par Dirac en 1930 : les particules de spin demi-entiers sont des fermions et ils obéissent à la statistique de Fermi-Dirac, donc au principe d'exclusion de Pauli.

Énoncé en mécanique quantique

L'état quantique d'une particule est défini par des « nombres quantiques ». Le principe d'exclusion interdit à tout fermion appartenant à un système de fermions d'avoir exactement les mêmes nombres quantiques qu'un autre fermion du système.

Par exemple, dans l'atome, les électrons sont caractérisés par les nombres correspondant aux lettres n, l, m_l et m_s : si un électron présente la combinaison (1, 0, 0, ½), il est nécessairement le seul.

Cela limite donc le nombre d'électrons par couche : dans la première couche caractérisée par n = 1, (l = 0, donc m_l= 0), il n'y a que deux possibilités, correspondant aux états m_s=±½. Cette couche ne peut donc accepter que deux électrons.

De même, dans la seconde couche caractérisée par n = 2, l vaut 0 ou 1 :

• pour l = 0, m_l = 0 ;
• pour l = 1, m_l = -1, 0 ou 1 ;

on a alors 4 possibilités et pour chacune, m_s=±½, donc la seconde couche peut accepter huit électrons (deux pour l = 0 et six pour l = 1); et ainsi de suite. La n-ième couche accepte 2n² configurations.