princípio de exclusão de pauli - Wikilingue - Encydia
O princípio de exclusão de Pauli é um princípio cuántico enunciado por Wolfgang Ernst Pauli em 1925 que estabelece que não pode ter dois fermiones com todos seus números cuánticos idênticos (isto é, no mesmo estado cuántico de partícula individual). Hoje em dia não tem o estatus de princípio, já que é derivable de supostos mais gerais (de facto é uma consequência do Teorema da estatística do spin).
Desenvolvimento
O princípio de exclusão de Pauli só se aplica a fermiones, isto é, partículas que formam estados cuánticos antisimétricos e que têm espín semientero. São fermiones, por exemplo, os protones, os neutrones e os elétrons, os três tipos de partículas subatómicas que constituem a matéria ordinária. O princípio de exclusão de Pauli rege, por conseguinte, muitas das características distintivas da matéria. Em mudança, partículas como o fotón e o (hipotético) gravitón não obedecem a este princípio, já que são bosones, isto é, formam estados cuánticos simétricos e têm espín inteiro. Como consequência, uma multidão de fotones pode estar em um mesmo estado cuántico de partícula, como nos lasers.
"Dois elétrons na corteza de um átomo não podem ter ao mesmo tempo os mesmos números cuánticos".
É singelo derivar o princípio de Pauli, baseando no artigo de partículas idênticas. Os fermiones da mesma espécie formam sistemas com estados totalmente antisimétricos, o que para o caso de duas partículas significa que:
(A permutación de uma partícula por outra investe o signo da função que descreve ao sistema). Se as duas partículas ocupam o mesmo estado cuántico |ψ>, o estado do sistema completo é |ψψ>. Então,
de modo que o estado não pode se dar. Isto se pode generalizar ao caso a mais de duas partículas.
Consequências
O princípio de exclusão de Pauli interpreta um papel importante em um vasto número de fenómenos físicos. Um dos mais importantes é a configuração electrónica dos átomos. Um átomo electricamente neutro aloja a um número de elétrons igual ao número de protones em seu núcleo. Como os elétrons são fermiones, o princípio de exclusão lhes proíbe ocupar o mesmo estado cuántico, de modo que têm que ir ocupando sucessivas capas electrónicas.
Como exemplo, é ilustrativo considerar um átomo neutro de helio , que tem dois elétrons unidos. Estes dois elétrons podem ocupar os estados de mínima energia (1s), se apresentam diferente espín. Isto não viola o princípio de Pauli, porque o espín é parte do estado cuántico do elétron, de modo que os dois elétrons estão a ocupar diferentes estados cuánticos (espínorbitales). No entanto, o espín só pode tomar dois valores próprios diferentes (ou, dito de outra forma, a função que descreve ao sistema só pode ter dois estados diferentes que sejam próprios do operador espín 
). Em um átomo de litio , que contém três elétrons unidos, o terceiro elétron não pode entrar em um estado 1s, e tem que ocupar um dos estados 2s (de energia superior). De forma análoga, elementos sucessivos produzem capas de energias mais e mais altas. As propriedades químicas de um elemento dependem decisivamente do número de elétrons em sua capa externa, o que leva à tabela periódica dos elementos.
O princípio de Pauli também é responsável pela estabilidade a grande escala da matéria. As moléculas não podem se aproximar arbitrariamente entre si, porque os elétrons unidos à cada molécula não podem entrar no mesmo estado que os elétrons das moléculas vizinhas. Este é o princípio que há depois do termo de repulsión r-12 no Potencial de Lennard-Jones. Enunciado em palavras planas, mas didácticas:
Na astronomia encontram-se algumas das demonstrações mais espectaculares deste efeito, na forma de anãs brancas e estrelas de neutrones. Em ambos objectos, as estruturas atómicas usuais têm sido destruídas pela acção de forças gravitacionales muito intensas. Seus constituintes só se sustentam pela "pressão de degeneração" (que lhes proíbe estar em um mesmo estado cuántico). Este estado exótico da matéria conhece-se como matéria degenerada. Nas anãs brancas, os átomos mantêm-se apartados pela pressão de degeneração dos elétrons. Nas estrelas de neutrones, que apresentam forças gravitacionales ainda maiores, os elétrons se fundiram com os protones para produzir neutrones, que têm uma pressão de degeneração maior.
Outro fenómeno físico do que é responsável o princípio de Pauli é o ferromagnetismo, no que o princípio de exclusão implica uma energia de intercâmbio que induze ao alineamiento paralelo de elétrons vizinhos (que classicamente alinhar-se-iam antiparalelamente).
