Pauli princips

Pauli aizlieguma princips vai aizlieguma likums kvantu mehānikā ir likumsakarība, kas nosaka, ka divi vai vairāki identiski fermioni (daļiņas ar pusveselu spinu) kādā sistēmā, piemēram, atomā vai molekulā, nevar vienlaikus atrasties vienā kvantu stāvoklī. Pauli princips ļāva izprast un izskaidrot daudzas fizikālās parādības, kas iepriekš nebija izprotamas. Principu 1925. gadā formulēja austriešu fiziķis Volfgangs Pauli. 1945. gadā par šī principa noformulēšanu Volfgangs Pauli saņēma Nobela prēmiju fizikā.

Skābekļa atoma elektronu konfigurācija. Katrā rūtiņā, kas apzīmē unikālu kvantu skaitļu kombināciju, var būt ne vairāk kā 2 elektroni ar pretēji vērstiem spiniem (uz augšu un uz leju vērstās bultiņas), jo Pauli princips nosaka, ka elektroniem atomā jāatšķiras vismaz ar spinu, ja pārējie kvantu skaitļi ir vienādi

Daļiņas ar veselu spinu (kā fotoni vai mezoni) nepakļaujas Pauli principam un vienā enerģētiskā stāvoklī var atrasties neierobežots skaits daļiņu. Tādējādi iespējama, piemēram, lāzera darbība, kad vienlaicīgi tiek izstarots liels daudzums pilnīgi vienādu (koherentu) fotonu. Tāpat Pauli principam nepakļaujas saliktas daļiņas, kas gan sastāv no fermioniem, bet to kopējam spinam ir vesela vērtība. Vienkāršākās no šādām daļiņām ir deitrons un alfa daļiņa. Pauli principam nepakļautās daļiņas sauc par bozoniem un tās ultrazemās temperatūrās var veidot eksotisku matērijas agregātstāvokli — Bozes—Einšteina kondensātu, kurā visas daļiņas ir vienā (zemākajā) enerģētiskajā stāvoklī.

Pauli princips un atoma uzbūve

Tā kā elektroni arī pieder pie fermioniem, tad elektronu čaulas atomā tiek aizpildītas saskaņā ar Pauli principu un katram elektronam atomā ir savs kvantu stāvoklis (kvantu skaitļu kombinācija). Ūdeņraža atomā ir tikai viens elektrons, kas (neierosinātā atomā) aizņem 1s orbitāli, hēlija atomam ir jau divi elektroni, kam ir pretēji vērsti spini un kas abi atrodas 1s orbitālē. Litija atoma trešais elektrons vairs nevar atrasties 1s orbitālē un tas novietojas nākamajā enerģētiski zemākajā orbitālē — 2s orbitālē. Šādi pakāpeniski tiek aizpildītas elektronu čaulas visu ķīmisko elementu atomiem. Ja nebūtu Pauli principa, neeksistētu šādas elektronu čaulas (elektroni varētu atrasties visi vienā enerģētiskā līmenī) un nebūtu novērojamās ķīmisko elementu daudzveidības. Pauli princips nodrošina arī molekulāros enerģijas līmeņus un elektronu enerģētisko zonu eksistenci cietvielās.

Literatūra

• J. Eiduss, U. Zirnītis. Atomfizika. Rīga, Zvaigzne, 1978, 125.—131. lpp.