PauliPrinzip

Das Pauli-Prinzip, auch Pauli-Ausschlussprinzip genannt, ist ein Grundsatz der Quantenmechanik, der 1925 von Wolfgang Pauli formuliert wurde. Es besagt, dass zwei Fermionen mit identischen Quantenzahlen nicht denselben Gesamtzustand einnehmen dürfen. Formal resultiert dies aus der antisymmetrischen Beschaffenheit der Gesamtwellenfunktion von identischen Fermionen; bei Vertauschen zweier Teilchen ändert sich das Vorzeichen.

In Elektronensystemen bedeutet dies, dass jedes Orbital maximal von zwei Elektronen belegt werden kann, sofern deren Spins antiparallel sind. Diese Regel erklärt die Struktur der Atome, den Aufbau der Elektronenkonfiguration und damit viele Eigenschaften des Periodensystems. Die quantenmechanische Beschreibung verwendet Quantenzahlen n, l, m_l und m_s; die Gesamtwellenfunktion muss antisymmetrisch sein.

Das Pauli-Prinzip gilt für alle Fermionen, darunter Elektronen, Protonen, Neutronen und Quarks. Es führt zu Fermi-Dirac-Statistik statt Bose-Einstein-Statistik und beeinflusst Dichte- und Energieverteilungen in Atomen, Kernen und dichter Materie. In Metallen und Halbleitern bestimmt es die elektronische Struktur und trägt zu Phänomenen wie Elektronenkonfiguration, chemischen Bindungen und elektrischen Eigenschaften bei.

In extrem verdichteten Systemen verursacht es Druck, der als Degenerationsdruck bekannt ist, bedeutend in weißen Zwergen und Neutronensternen.