ПРИНЦИП ПАУЛИ

Четверка квантовых чисел (n, l, m_l, m_S ) полностью характеризует квантово-механическое состояние одного связанного электрона в центрально-симметричном поле атомного ядра. Однако, для многоэлектронных атомов необходимо учитывать факторы, проявляющиеся в системе одноименных микрочастиц.

С точки зрения классической физики все электроны невозбужденного атома должны были бы занять состояние с наименьшей энергией, то есть оказаться на основном энергетическом уровне (n=1).

Опыт, однако, показывает, что заполнением энергетических уровней атомов управляет принцип Паули. Он является следствием важнейшего положения квантовой механики о неразличимости(тождественности) одноименных микрочастиц: если одноименные частицы (например, электроны) объединены в систему, то они утрачивают свою индивидуальность – становятся принципиально неразличимыми. Так, перестановка любых тождественных частиц системы местами не дает нового состояния системы.

Принцип Паули требует, чтобы в системе тождественных частиц с полуцелым спином (фермионов) никогда никакие две из них не оказывались в одном и том же квантовом состоянии. То есть, вероятность существования в одном состоянии даже двух фермионов равна нулю. (Кроме электронов к фермионам относятся протоны, нейтроны, ядра с нечетным числом нуклонов и т.п.).

Принцип запрета Паули применительно к системе электронов в атоме гласит: в атоме не может быть двух электронов в одном и том же состоянии, то есть с одинаковыми значениями всех четырех квантовых чисел.

Таким образом, электрон атоме никогда не занимает состояние, занятое другим электроном, поэтому число электронов в атоме с данным набором квантовых чисел равно

N_{n, l,ml,ms}= 1.

Частицы, имеющие целочисленный спин (фотоны, мезоны, ядра с целым числом нуклонов) называются бозонами. На системы бозонов принцип Паули не распространяется: бозоны могут занимать одно и то же квантовое состояние в неограниченном количестве.