泡利不相容原理
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在量子力学里,泡利不相容原理(英语:Pauli exclusion principle,简称为泡利原理或不相容原理[1]:148)表明,两个全同的费米子不能处于相同的量子态。这原理是由沃尔夫冈·泡利于1925年通过分析实验结果得到的结论。[2]:203-206例如,由于电子是费米子,在一个原子里,每个电子都拥有独特的一组量子数,两个电子各自拥有的一组量子数不能完全相同,假若它们的主量子数,角量子数,磁量子数分别相同,则自旋磁量子数必定不同,它们必定拥有相反的自旋磁量子数。换句话说,处于同一原子轨域的两个电子必定拥有相反的自旋方向。[2]:216
全同粒子是不可区分的粒子,按照自旋分为费米子、玻色子两种。费米子的自旋为半整数,它的波函数对于粒子交换具有反对称性,因此它遵守泡利不相容原理,必须用费米-狄拉克统计来描述它的统计行为。费米子包括像夸克、电子、中微子等基本粒子。
玻色子的自旋为整数,它的波函数对于粒子交换具有对称性,因此它不遵守泡利不相容原理,它的统计行为只符合玻色-爱因斯坦统计。任意数量的全同玻色子都可以处于同样量子态。例如,镭射产生的光子、玻色-爱因斯坦凝聚等等。
泡利不相容原理是原子物理学与分子物理学的基础理论,它促成了化学的变幻多端、奥妙无穷。[3]:4512013年,意大利的格兰沙索国家实验室(意大利语:Laboratori Nazionali del Gran Sasso)团队发布实验结果,违反泡利不相容原理的概率上限被设定为4.7×10-29。[4]