Das Pauli-Prinzip

Das Pauli-Prinzip, auch Pauli-Verbot oder Ausschliessungsprinzip genannt, wurde von Wolfgang Pauli 1925 aufgestellt. Ausgangspunkt war das Problem des Schalenabschlusses bei Atomen und der Aufbau des periodischen Systems der chemischen Elemente. Auf der Basis der Multiplettstruktur der Atomspektren und des anomalen Zeeman-Effektes, der sich lange Zeit theoretisch nicht deuten liess, kam Pauli zunächst zur Einsicht, dass die "eigentümliche, klassisch nicht beschreibbare Art von Zweideutigkeit der quantentheoretischen Eigenschaften des Leuchtelektrons" eine vierte Quantenzahl zur Beschreibung verlangte. Damit fügte er den drei bekannten Quantenzahlen, Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl, magnetische Quantenzahl-, die später sogenannte Spinquantenzahl hinzu.

Danach postulierte Pauli, dass im Atombau zwei Elektronen niemals in allen vier Quantenzahlen übereinstimmende Werte haben. Wenn ein Elektron eines Atoms einen durch die vier Quantenzahlen beschriebenen Zustand einnimmt, dann ist dieser Zustand "besetzt".

Klärung des Ausschliessungsprinzips

Lange Zeit blieb das Ausschliessungsprinzip ein nicht weiter begründbarer Zusatz zur Quantentheorie. Pauli verlor aber sein Ziel, das Ausschliessungsprinzip mit anderen physikalischen Prinzipien zu verknüpfen, nicht aus den Augen.

Fast 15 Jahre dauerte die weitere Auseinandersetzung mit dem Problem, ehe Wolfgang Pauli eine endgültige Klärung gelang. Es stellte sich heraus, dass das Ausschliessungsprinzip für Teilchen mit halbzahligem Spin – z. B. Elektronen und Protonen – gilt. Werden diese Teilchen "quantenstatistisch" beschrieben, so kommt die sogenannte Fermi-Dirac-Statistik zur Anwendung. Solche Teilchen werden Fermionen genannt. Teilchen mit ganzzahligem Spin, – z. B. Photonen – befolgen hingegen das Pauli-Verbot nicht und gehorchen der sogenannte Bose-Einstein-Statistik. Solche Teilchen werden Bosonen genannt.

Im Jahre 1945 wurde Wolfgang Pauli für die Entdeckung des Ausschliessungsprinzips der Nobelpreis verliehen.