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Pauli's exclusion principle

  费密子体系共同遵守的一种规律。简称泡利原理。泡利原理表述为全同费密子体系中不能有两个或两个以上的粒子同时处于相同的单粒子态。这个原理是奥地利物理学家W.泡利在分析了大量原子能级数据的基础上,为解释化学元素周期性,于1925年提出来的假设。

  原子核外电子的状态可以用主量子数n、轨道角动量子数l、磁量子数mι和自旋磁量子数ms四个量子数决定。它们取值n=1,2,3,...;l=0,1,2,...,n-1;mι=0,±1,±2,...,±l,200711301555825-01.gif。因此,泡利不相容原理也可以表述为原子内不可能有两个电子具有完全相同的四个量子数。泡利不相容原理是原子壳层结构的理论基础。根据泡利不相容原理和基态下原子能量最低,可以确定原子的电子壳层结构(见原子结构)。

  在量子力学中,全同粒子是不可分辨的,因此全同粒子系统的波函数,对任意两个粒子的交换,只能是对称的或反对称的。实验表明:由电子1和电子2构成的系统的波函数是反对称的,可以下列形式表示:   

200711301555825-02.gif

式中α、β 为描写单电子态的参数,在原子中,为一组四个量子数n、l、mι、ms。当两个电子处于相同状态时,α=β,则Ψ(1,2)=0。说明这样的状态不可能出现。这就是泡利不相容原理在两个电子所构成的体系中的具体表示。

  泡利不相容原理也是费密-狄喇克统计法(见量子统计法)的基础。

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