Prinsip pengecualian Pauli

Prinsip pengecualian Pauli merupakan prinsip mekanik kuantum yang dirumuskan oleh Wolfgang Pauli pada 1925. Prinsip ini adalah penting kerana menerangkan mengapa bahan memenuhi ruangnya sendiri dan tidak membenarkan bahan lain melaluinya tetapi membenarkan cahaya dan sinaran melepasinya. Ia menyatakan yang dua fermion seiras boleh mengisi keadaan kuantum yang sama serentak. Pernyataan yang lebih tegas bagi prinsip ini ialah, bagi dua fermion seiras, jumlah fungsi gelombang adalah anti simetri. Bagi elektron dalam atom tunggal, ia menyatakan yang dua elektron tidak boleh mempunyai empat nombor kuantum yang sama, iaitu n, l, dan m_l boleh sama, m_s mesti berbeza yang menunjukkan elektron mempunyai spin berlawanan.

Prinsip pengecualian Pauli secara matematiknya menurut pengoperasi putaran bagi dua zarah seiras dengan spin separuh integer.

Am

Prinsip pengecualian Pauli adalah prinsip penting dalam fizik, terutamanya disebabkan tiga jenis zarah yang menjadi unsur bahan biasa iaitu elektron, proton, dan neutron yang bergantung kepadanya. Maka, semua zarah bahan memaparkan perlakuan mengisi ruang. Prinsip pengecualian Pauli menguatkan lagi perwatakan atau ciri bahan dari kestabilan bahan berskala besar hinggalah kepada kewujudan jadual berkala unsur.

Prinsip pengecualian Pauli mengikut takrifan pengoperasi momentum sudut (pengoperasi putaran) dalam mekanik kuantum. Penukaran zarah dalam sistem dua zarah seiras (iaitu bersamaan dengan putaran setiap zarah sama dengan 180 darjah) menghasilkan sama ada perubahan tanda fungsi gelombang sistem (apabila zarahn mempunyai spin separuh integer) atau tidak (apabila zarah mempunyai spin integer). Maka, dua zarah seiras bagi spin separuh integer tidak boleh berada di kedudukan kuantum yang sama - kerana fungsi gelomnang bagi sistem itu haruslah sama dengan lawannya - dan satu-satunya fungsi gelombang yang memenuhi syarat ini adalah fungsi gelombang yang kosong.

Zarah dengan fungsi gelombang anti simetri dipanggil fermion - dan mematuhi Prinsip pengecualian Pauli. Selain elektron, proton dan neutron, zarah ini termasuklah neutrino dan kuark (yang membentuk proton dan neutron), begitu juga beberapa atom seperti helium-3. Semua fermion mempunyai "spin separuh integer" iaitu mempunyai nilai momentum sudut iaitu $\hbar =h/2\pi$ (pemalar Planck dibahagikan 2π) didarabkan separuh integer (1/2, 3/2, 5/2, dll.). Dalam teori mekanik kuantum, fermion diperihalkan sebagai "keadaan anti simetri", yang diterangkan dengan terperinci dalam zarah seiras.

Zarah dengan spin integer mempunyai fungsi gelombang simetri dan dipanggil boson; berbeza dengan fermion, mereka boleh mengisi keadaan kuantum yang sama. Contoh boson ialah foton dan boson W dan Z.

Lihat juga

• Daya penukaran
• Tindakan bersaling tukar ganti
• Simetri penukaran
• Petua Hund

Rujukan

• Dill, Dan (2006). "Chapter 3.5, Many-electron atoms: Fermi holes and Fermi heaps". Notes on General Chemistry (2nd ed.). W. H. Freeman. ISBN 1-4292-0068-5.
• Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X.
• Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 0-8053-8714-5.
• Massimi, Michela (2005). Pauli's Exclusion Principle. Cambridge University Press. ISBN 0-521-83911-4.
• Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics (4th ed.). W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4345-0.CS1 maint: multiple names: authors list (link)

Pautan luar

• Nobel Lecture: Exclusion Principle and Quantum Mechanics Pauli's own account of the development of the Exclusion Principle.
• The Exclusion Principle Diarkibkan 2009-03-26 di Wayback Machine (1997), Pauli's exclusion rules vs. the Aspden exclusion rules, radiation factor, Larmor radiation formula, elliptical motion, quantum states, electron shells, nature of ferromagnetism, etc.