Wolfgang Pauli, nacido en Viena el 25 de abril de 1900, es uno de varios científicos que ha pasado a la historia bajo el título de padre de la mecánica cuántica. Y es que, es normal que una teoría de tal complejidad tenga como protagonistas a diferentes científicos, cada uno con su propia aportación. Pero, quizás en caso de Pauli sea algo diferente al de los demás y es que, ¿sabes que se trata de un físico que rara vez publicaba sus descubrimientos? De hecho, muchas de sus ideas nunca aparecieron en revistas científicas y únicamente se pudieron obtener a partir de las cartas que intercambiaba con sus colegas, entre ellos Niels Bohr.

Desde luego, son justo esas investigaciones las que no se pueden pasar por alto, pues forman parte de la historia de la física y estructuraron la concepción de la realidad con la que contamos a día de hoy. Entre ellos, quizás el más famoso sea el Principio de Exclusión, también conocido como Principio de Pauli, el cual dio el pistoletazo de salida a su carrera y le valió un Nobel – nominado por Einstein- en el año 1945.

ELOGIOS DE EINSTEIN

Pauli, a pesar de nacer en Viena, fue un científico que gozó con diferentes nacionalidades a lo largo de su vida: primero fue austríaco, luego suizo y, más tarde, estadounidense. A pesar de ello, sus primeros estudios los realizó en su país natal, en donde se licenció en física en el Döblinger Gymnasium de Wien, en el año 1918. Aunque su temprana edad y sus abismales dotes para las ciencias ya lo hacían destacar, Pauli comenzó a labrarse una reputación aun mayor cuando, tan solo dos meses después de obtener su título, publicó su primer artículo: una revisión de la Teoría de la Relatividad propuesta por Albert Einstein.

En el año 1921, se doctoró de física en la Universidad de Múnich bajo la tutela del gran Arnold Sommerfield, un físico alemán de gran renombre. Su tesis fue dedicada al estudio de todos los componentes y factores involucrados en la teoría relativista por lo que, a los pocos meses de doctorarse, publicó otra revisión de esa teoría, parecida a la primera, pero mucho más exhaustiva y detallada. Por este artículo, Einstein no dudó en contactarlo y elogiarlo por el trabajo realizado.

Tras finalizar sus estudios y convertirse en Doctor en Física, Pauli se quedó un año más en Alemania, durante el cual trabajó junto a Max Born en el la Universidad de Gotinga pero, finalmente, se mudó en 1923 a Copenhague, donde ejerció de profesor de física e investigador en el Instituto Niels Bohr de Física Teórica. Fue en este momento en el que conoció al famoso científico con el que, a partir de esos años, trabaría una fuerte amistad.

La revolución cuántica de Niels Bohr

EL PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN

Tan solo un año después de instalarse en Copenhague, con únicamente 24 años, Pauli desarrolla el trabajo más importante de toda su carrera: el Principio de Exclusión. Desde un primer momento fue una teoría que revolucionó la concepción de la materia, convirtiéndose en uno de los pilares fundamentales de la, aun en desarrollo en aquel momento, teoría cuántica. En términos científicos, este principio establece que dos fermiones idénticos (partículas con spin semientero) no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo. Pero, ¿qué significa esto?

Pues bien, viene a decir que, si tienes dos electrones dentro de un átomo, estos no pueden tener todas sus características, aquellas que lo definen (llamadas en física números cuánticos e identificados con el espín, la energía, el momento angular…), exactamente iguales. Esto significa que no pueden existir dos electrones en un átomo ocupando el mismo lugar y teniendo todos los mismos “valores cuánticos” al mismo tiempo. Se trata de un principio crucial hoy en día para entender la estructura de los átomos y cómo se llenan sus niveles de energía. Además, que los electrones se vean obligados a ocupar “diferentes estados” dentro de un átomo colabora a la estabilidad y diversidad de la materia dentro del nivel subatómico.

Tan solo dos años más tarde, aun establecido en Copenhague, Pauli usó la recién publicada teoría matricial de Heisenberg para deducir cuál era el espectro del átomo de Hidrógeno, algo fundamental para que la teoría del primero se sustentase. Además, propuso las matrices 2x2 como base para operar los spines, estableciendo unas matemáticas concretas para esos valores cuánticos.

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LA DESINTEGRACIÓN BETA Y LOS NEUTRINOS

En el año 1928, Pauli abandonó el Instituto Niels Bohr para mudarse a Suiza y empezar a trabajar como profesor de física teórica en el Instituto Federal de Tecnología de Zúrich. Su incorporación al programa elevó la categoría del centro y, bajo su dirección, se convirtió en uno de los mejores centros de investigación en los años precedentes a la Segunda Guerra Mundial.

Bajo este cargo, en el año 1930 decidió centrarse en el estudio de la desintegración beta. En una de las cartas que escribió a Lise Meitner, se recogía la propuesta de Pauli sobre la existencia de una partícula neutra no observada hasta ese momento y de masa mínima que, supuestamente, serviría para explicar la forma del espectro de emisión de las desintegraciones beta. Aunque lo de Pauli se quedó en una suposición teórica, tan solo cuatro años más tarde, Enrico Fermi proponía públicamente la existencia de esa misma partícula bajo el nombre de neutrino. Finalmente, en el año 1956 y un año y medio antes de la muerte de Pauli, los físicos Frederick Reines y Clyde Cowan descubrieron la existencia de los neutrinos. De forma conjunta enviaron una carta a Wolfgang Pauli para informarlo del hallazgo, a lo que él únicamente respondió: “Gracias por el mensaje. Todo llega para quién sabe esperar”.

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Pauli mantuvo durante los años posteriores su puesto de trabajo en Zúrich. En 1945 fue ganador del Premio Nobel de Física por su contribución a la mecánica cuántica. Años más tarde, fue público que fue Albert Einstein quien, como personal elegido como seleccionador por la Academia Sueca, propuso el nombre de Pauli como candidato. Durante esos últimos años Pauli llevó a cabo nuevas investigaciones que incluyeron diferentes trabajos con el spin de los átomos, adaptaciones de las matemáticas e, incluso, la realización de críticas a la síntesis moderna de la biología evolutiva.