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Principe d'exclusion de Pauli Non seulement la
matière est essentiellement vide, mais les emplacements réservés aux particules
ne peuvent être occupés que par une seule, pas deux! Un jeu de chaises
musicales? |
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Wolfgang
Pauli (1900-1958). Physicien américain d'origine autrichienne. En 1925 (25 ans), il établit le principe d'exclusion. Prix Nobel en 1945 pour ses travaux sur les électrons des atomes. En 1931, il émet
l'hypothèse de l'existence du neutrino. |
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Contemporains
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L'atome est vide à 99,999999999999 %. Le noyau dans l'atome:
une orange au centre d'une immense place circulaire. Rapport 100 000, comme
1cm comparé à 1 kilomètre. Et pourtant, les particules
doivent obéir à des règles de placements. Si la place est déjà occupée, elle
doit aller ailleurs … Tout au plus deux frères opposés par leur spin peuvent
cohabiter. Par exemple: Seuls deux électrons de spin opposé peuvent occuper le même niveau énergétique. En 1925, il découvre l'ambivalence de
l'électron qui le conduit à introduire un nouveau nombre quantique: le spin. |
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En 1925, Pauli définit le
principe d'exclusion, appelé également le principe d'exclusion de Pauli, qui
démontre que: Deux électrons quelconques
ne peuvent jamais occuper le même état quantique (posséder les mêmes nombres quantiques). Pauli est
amené à ce constat à partir de l'étude du remplissage des couches électroniques de
l'atome. Chaque orbite
caractérisée par les trois nombres quantiques (n, l, m) ne peut recevoir que
deux électrons dont les spins sont opposés (antiparallèles) – l'un valant ½
et l'autre -½ . Par exemple, si la couche
d'un atome est remplie, il est impossible de lui ajouter un électron de plus. La force de résistance
est colossale. C'est la raison réelle de l'impénétrabilité de la matière,
même si l'atome est à 99,999999999999% vide. La formulation générale
est la suivante, sachant que l'électron fait partie de la famille des fermions et qu'un état
quantique est caractérisé par sa fonction
d'onde Dans un système de fermions identiques, plusieurs fermions ne peuvent
occuper simultanément le même état quantique. |
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Le tableau périodique des
éléments chimiques s'explique très bien en faisant intervenir: -
la répartition des électrons
en couches; -
l'équation de Schrödinger précisant les
états possibles; et -
le principe d'exclusion de Pauli qui règle
l'utilisation des places disponibles. |
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Lettre de Pauli à Fierz (1951)
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Mon
long chemin vers l'énoncé du principe d'exclusion avait quelque chose à voir
avec la difficile transition du 3 au 4. Il fallait que j'assigne à l'électron
un quatrième degré de liberté (le spin), en plus des trois déjà associés à
son déplacement dans l'espace. |
Source: Il était sept fois la révolution –
Étienne Klein – Flammarion – page 170
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