包立不相容原理
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在量子力學裏,包立不相容原理(英語:Pauli exclusion principle,簡稱為包立原理或不相容原理[1]:148)表明,兩個全同的費米子不能處於相同的量子態。這原理是由沃夫岡·包立於1925年通過分析實驗結果得到的結論。[2]:203-206例如,由於電子是費米子,在一個原子裏,每個電子都擁有獨特的一組量子數,兩個電子各自擁有的一組量子數不能完全相同,假若它們的主量子數,角量子數,磁量子數分別相同,則自旋磁量子數必定不同,它們必定擁有相反的自旋磁量子數。換句話說,處於同一原子軌域的兩個電子必定擁有相反的自旋方向。[2]:216
全同粒子是不可區分的粒子,按照自旋分為費米子、玻色子兩種。費米子的自旋為半整數,它的波函數對於粒子交換具有反對稱性,因此它遵守包立不相容原理,必須用費米-狄拉克統計來描述它的統計行為。費米子包括像夸克、電子、微中子等基本粒子。
玻色子的自旋為整數,它的波函數對於粒子交換具有對稱性,因此它不遵守包立不相容原理,它的統計行為只符合玻色-愛因斯坦統計。任意數量的全同玻色子都可以處於同樣量子態。例如,雷射產生的光子、玻色-愛因斯坦凝聚等等。
包立不相容原理是原子物理學與分子物理學的基礎理論,它促成了化學的變幻多端、奧妙無窮。[3]:4512013年,義大利的格蘭沙索國家實驗室(義大利語:Laboratori Nazionali del Gran Sasso)團隊發佈實驗結果,違反包立不相容原理的機率上限被設定為4.7×10-29。[4]