פיזיקת עקרון ההדרה של פאולי

עקרון ההדרה של פאולי, קביעה כי אין שני אלקטרונים באטום יכולים להיות בו זמנית באותה מצב או תצורה, שהוצע על ידי הפיזיקאי האוסטרי וולפגנג פאולי (1925) כדי להסביר את הדפוסים הנצפים של פליטת אור מהאטומים. עקרון ההדרה לאחר מכן הוכלל וכלל מחלקה שלמה של חלקיקים שהאלקטרון הוא רק חבר אחד.

חלקיקים תת-אטומיים מתחלקים לשתי מחלקות, בהתבסס על התנהגותם הסטטיסטית. החלקיקים עליהם חל עקרון ההדרה של פאולי נקראים פרמיונים; אלה שלא מצייתים לעיקרון זה נקראים בוסונים. כאשר במערכת סגורה, כמו אטום לאלקטרונים או גרעין לפרוטונים ונויטרונים, הפריונים מופצים כך שמדינה נתונה נכבשת על ידי אחד בלבד בכל פעם.

לחלקיקים הצייתים לעקרון ההדרה יש ערך אופייני של ספין, או תנופה זוויתית מהותית; הסיבוב שלהם הוא תמיד מכפיל מספרים שלם של חצי. בתפיסה המודרנית של האטומים, ניתן לחשב את המרחב המקיף את הגרעין הצפוף כמורכב מאורביטלים, או אזורים, שכל אחד מהם מורכב רק משני מצבים נפרדים. עקרון ההדרה של פאולי מצביע על כך שאם אחד מהמצבים הללו תפוס על ידי אלקטרון של ספין מחצית, יתכן והשני יתפוס רק על ידי אלקטרון בעל ספין מנוגד, או ספין חצי שלילי. מסלול מסלול שנכבש על ידי זוג אלקטרונים עם ספין ממול ממלא: לא עוד אלקטרונים עשויים להיכנס אליו עד שאחד מהזוג יפנה את מסלול המסלול. גרסה חלופית של עקרון ההדרה, המיושמת על אלקטרונים אטומיים, קובעת כי לשני אלקטרונים לא יכולים להיות אותם ערכים של כל ארבעת המספרים הקוונטים.