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Das Pauli-Prinzip, auch Pauli-Verbot oder Ausschliessungsprinzip
genannt, wurde von Wolfgang Pauli 1925 aufgestellt. Ausgangspunkt war das
Problem des Schalenabschlusses bei Atomen und der Aufbau des periodischen
Systems der chemischen Elemente. Auf der Basis der Multiplettstruktur der
Atomspektren und des anomalen Zeeman-Effektes, der sich lange Zeit theoretisch
nicht deuten liess, kam Pauli zunächst zur Einsicht, dass die
"eigentümliche, klassisch nicht beschreibbare Art von Zweideutigkeit der
quantentheoretischen Eigenschaften des Leuchtelektrons" eine vierte Quantenzahl
zur Beschreibung verlangte. Damit fügte er den drei bekannten
Quantenzahlen,Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl-, die
später sog. Spinquantenzahl hinzu. |
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Danach postulierte Pauli, dass im Atombau zwei Elektronen niemals
in allen vier Quantenzahlen übereinstimmende Werte haben. Wenn ein
Elektron eines Atoms einen durch die vier Quantenzahlen beschriebenen Zustand
einnimmt, dann ist dieser Zustand "besetzt".
Lange Zeit blieb das Ausschliessungsprinzip ein nicht weiter
begründbarer Zusatz zur Quantentheorie. Pauli verlor aber sein Ziel, das
Ausschliessungsprinzip mit anderen physikalischen Prinzipien zu
verknüpfen, nicht aus den Augen. |
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Fast 15 Jahre dauerte die weitere Auseinandersetzung mit dem
Problem, ehe ihm eine endgültige Klärung gelang. Es stellte sich
heraus, dass das Ausschliesungsprinzip für Teilchen mit halbzahligem Spin
- z. B. Elektronen und Protonen - gilt. Werden diese Teilchen
"quantenstatistisch" beschrieben, so kommt die sog. Fermi-Dirac-Statistik zur
Anwendung. Solche Teilchen werden Fermionen genannt. Teilchen mit ganzzahligem
Spin, - z. B. Photonen - befolgen hingegen das Pauli-Verbot nicht und gehorchen
der sog. Bose-Einstein-Statistik. Solche Teilchen werden Bosonen genannt. |
