Wolfgang Ernst Pauli: descubrimiento y contribuciones

Wolfgang Pauli

He hecho algo terrible; He postulado una partícula que no se puede detectar.

-Wolfgang Pauli-

Wolfgang Pauli

Wolfgang Pauli es un físico famoso, sobre todo conocido por sus contribuciones al campo de la mecánica cuántica , el estudio de la física de partículas a nivel atómico y subatómico. Esta lección presentará al lector las teorías, ecuaciones y descubrimientos importantes que Wolfgang Pauli hizo en el campo de la física, como el principio de exclusión de Pauli y el espín electrónico, y discutirá por qué son importantes hoy y cómo revolucionaron el mundo de la física.

Mecánica cuántica

Wolfgang Pauli nació y se crió en Viena, Austria. Su familia, entre ellos su padre químico y su padrino, un físico conocido, fomentaron los estudios intelectuales y los dones que Pauli mostró a una edad temprana. Pauli mostró sus habilidades científicas y matemáticas desde el principio, enseñándose por sí mismo la relatividad general y publicando un artículo sobre ella a la temprana edad de 18 años. Wolfgang Pauli parecía destinado a la grandeza de la ciencia, y su trayectoria académica imitaba la de otro físico contemporáneo con el que colaboraría. durante la fundación de la mecánica cuántica: Werner Heisenberg. Al igual que Heisenberg, Pauli estudió con el famoso físico atómico Arnold Sommerfeld en la Universidad de Munich y, al igual que Heisenberg, después de obtener su doctorado en física en 1921, se convirtió en asistente del famoso físico Max Born. Las colaboraciones entre Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg y Max Born llevaron a algunas de las teorías fundamentales y al trabajo en el campo de la mecánica cuántica. Después de pasar algún tiempo trabajando para Max Born, Wolfgang Pauli pasó un año en el Instituto Niels Bohr de Física Teórica en Copenhague antes de regresar como profesor en la Universidad de Hamburgo en 1924. Durante este tiempo, colaboró ​​con físicos famosos como Werner Heisenberg , Niels Bohr, Paul Dirac, Max Born y Erwin Schrodinger; juntos desarrollaron la teoría moderna de la mecánica cuántica, o el estudio de la física de partículas a nivel atómico y subatómico. Wolfgang Pauli pasó un año en el Instituto Niels Bohr de Física Teórica en Copenhague antes de regresar como profesor en la Universidad de Hamburgo en 1924. Durante este tiempo, colaboró ​​con físicos famosos como Werner Heisenberg, Niels Bohr, Paul Dirac, Max Born y Erwin Schrodinger; juntos desarrollaron la teoría moderna de la mecánica cuántica, o el estudio de la física de partículas a nivel atómico y subatómico. Wolfgang Pauli pasó un año en el Instituto Niels Bohr de Física Teórica en Copenhague antes de regresar como profesor en la Universidad de Hamburgo en 1924. Durante este tiempo, colaboró ​​con físicos famosos como Werner Heisenberg, Niels Bohr, Paul Dirac, Max Born y Erwin Schrodinger; juntos desarrollaron la teoría moderna de la mecánica cuántica, o el estudio de la física de partículas a nivel atómico y subatómico.

Principio de exclusión de Pauli y giro electrónico

Una de las mayores contribuciones de Wolfgang Pauli a la física y al campo de la mecánica cuántica fue su teoría sobre el espín del electrón, que se conoce como el principio de exclusión de Pauli. El principio de exclusión de Pauli establecía que dos electrones no podían estar en el mismo estado cuántico o configuración simultáneamente. Wolfgang Pauli pudo probar esta teoría al introducir el concepto de espín electrónico. Pauli propuso esta teoría revolucionaria en 1925. Pauli había descubierto que cada electrón tenía un espín , o momento angular intrínseco. Este giro del electrón permitió que dos electrones ocuparan un nivel orbital en el átomo. Uno de los electrones tendría espín + 1/2 y el otro electrón tendría espín – 1/2.Los electrones no pueden tener el mismo giro y una vez que un orbital está lleno, otro electrón no puede entrar a menos que uno del par de electrones salga de ese orbital. El número de electrones y los niveles orbitales de los electrones son una parte clave de lo que distingue a los diferentes elementos entre sí. Además, Wolfgang Pauli, utilizando la teoría matricial de la mecánica cuántica de Heisenberg, utilizó una matriz de 2 x 2 para representar los estados de espín de las partículas en la teoría cuántica. Por el revolucionario principio de exclusión de Pauli, fue nominado para el Premio Nobel de Física nada menos que por Albert Einstein, y recibió el premio en 1945 por su teoría.

Neutrinos, fermiones y bosones

Después de publicar su revolucionario principio de exclusión en 1925, Pauli conmocionó al mundo en 1930 cuando investigaba el problema de la desintegración beta. La desintegración beta se produce cuando un átomo inestable emite electrones o positrones de alta energía cuando uno de sus protones o neutrones se transforma en el otro, debido a que el núcleo tiene demasiados protones o neutrones. Sin embargo, durante el proceso de desintegración beta, los físicos experimentales notaron que, debido a la conservación de la energía, faltaba algo de energía durante este proceso. Después de algunas investigaciones, Pauli propuso la idea de un neutrino., o una partícula similar a un electrón pero con carga neutra, para resolver el problema de la energía faltante. La existencia de neutrinos se confirmó experimentalmente en 1956. Además, el principio de exclusión de Wolfgang Pauli ayudó a los físicos a determinar que en realidad hay dos clases o categorías de partículas: fermiones y bosones. En 1940, Wolfgang Pauli demostró que las partículas con espín medio entero son fermiones . Los fermiones son partículas subatómicas que tienen cantidades de espín medio enteras e incluyen electrones, neutrinos, muones y quarks (partículas subatómicas que forman protones y neutrones). Bosonesson partículas subatómicas que tienen cantidades de espín enteras completas e incluyen fotones, gluones y bosones W y Z. El principio de exclusión de Pauli solo se aplica a los fermiones; los bosones pueden ocupar el mismo estado cuántico.

Resumen de la lección

Wolfgang Pauli es un físico famoso que ayudó a contribuir a la fundación y creación de la teoría moderna de la mecánica cuántica , el estudio de la física de partículas a nivel atómico y subatómico. La contribución más famosa de Pauli fue el ahora llamado principio de exclusión de Pauli , que afirmaba que dos electrones (o cualquier otro fermión) no podían habitar el mismo estado cuántico. Pauli descubrió que los electrones podrían ocupar el mismo orbital si tienen espín opuesto o momento angular intrínseco. Pauli también descubrió que las partículas con espines medio enteros son _fermiones , que incluyen electrones, neutrinos, muones y quarks (partículas subatómicas que forman protones y neutrones) mientras que las partículas con espines enteros enteros sonbosones , que incluyen fotones, gluones y bosones W y Z. Finalmente, Pauli predijo la existencia de la partícula llamada neutrino , o una partícula similar a un electrón pero con carga neutra, para resolver el problema energético en la desintegración beta. Wolfgang Pauli fue galardonado con el Premio Nobel de Física , nominado por Albert Einstein, en 1945 por su descubrimiento del principio de exclusión.