reguła Pauliego

Reguła Pauliego, zwana też zakazem Pauliego, czasem też zasadą Pauliego lub prawem Pauliego – została zaproponowana przez Wolfganga Pauliego w 1925 dla wyjaśnienia zachowania się fermionów, czyli cząstek o spinie połówkowym. Reguła Pauliego jest szczególnym przypadkiem ogólniejszego twierdzenia o związku spinu ze statystyką. Zakaz Pauliego głosi, że prawdopodobieństwo znalezienia w układzie fermionów pary cząstek o jednakowych liczbach kwantowych jest równe zeru. W sformułowaniu szczególnym – jeżeli wśród stanów jednocząstkowych wystąpią choćby dwa jednakowe stany, np. to wyznacznik Slatera znika tożsamościowo. Zakaz Pauliego w sformułowaniu szczególnym stosuje się ściśle do układu jednakowych fermionów, które nie oddziałują ze sobą. Dla układu jednakowych fermionów, które z sobą oddziałują, ma znaczenie przybliżone. Zakaz Pauliego odgrywa ważną rolę przy opisie własności jąder atomowych i atomów. Stanowi punkt wyjścia dla zasady rozbudowy powłok elektronowych oraz wyjaśnienia okresowości konfiguracji elektronowych atomów. Reguła ta ma wielkie znaczenie w chemii i fizyce atomowej. Szereg fundamentalnych własności materii jest jej wynikiem, gdyż materia jest zbudowana właśnie z fermionów, z których najczęściej spotykane to protony, elektrony i neutrony. Wynikają stąd implikacje: * tworzenie się struktury orbitalowej poziomów elektronów wszystkich atomów, z której z kolei wynikają wszystkie właściwości chemiczne pierwiastków chemicznych – gdyby reguła Pauliego nie obowiązywała dla elektronów, to wszystkie przebywałyby na orbitalu 1s każdego atomu, gdyż elektrony położone na tym orbitalu mają zawsze niższą energię w porównaniu z elektronami zajmującymi wszystkie inne orbitale; w takiej sytuacji wszystkie pierwiastki zachowywałyby się jak gazy doskonałe i nie byłoby żadnych przemian chemicznych; każdy orbital może jednak zostać obsadzony przez co najwyżej dwa elektrony różniące się spinem, co stanowi podstawowe prawo mające swe odbicie w układzie okresowym pierwiastków; * nieprzenikalność cząsteczek przez siebie nawzajem – na skutek działania reguły Pauliego dwa fermiony nie mogą jednocześnie przebywać w tym samym układzie kwantowym, jeżeli znajdują się w tym samym stanie kwantowym; w wielu przypadkach uniemożliwia to występowanie pewnych konfiguracji przestrzennych orbitali blisko położonych atomów czy cząsteczek; w związku z tym atomy nie mogą przenikać się nawzajem w dowolny sposób, a w momencie zderzenia dwóch atomów dochodzi albo do ich połączenia w związek chemiczny, albo sprężystego odbicia.