パウリの排他原理 - 通信用語の基礎知識

スイスの理論物理学者パウリが1925(大正14)年に発見した現在の核物理学の基礎ともいえる重要な法則。パウリの原理、パウリの排他律ともいう。

概要

電子は陽子の周りを、あたかも太陽系の太陽と惑星のように公転していると考えることができるが、更に電子自身が右回り又は左回りに回転(惑星に譬えると自転)している。これを「電子のスピン」という。

そして、一つの軌道には、このスピンが左向きと右向きの電子が1個ずつ、計2個までしか存在することができない。これをパウリの排他原理という。

特徴

条件

パウリの原理が適用されるのは、半整数倍(1/2倍又は-1/2倍)のスピンを持った「フェルミ粒子」であり、整数倍のスピンを持った「ボース粒子」(光子やπ中間子など)では無効である。

パウリの排他原理により、どの原子の電子配置も説明でき、メンデレーエフの周期表がなぜそのような形になるかも説明が付くようになった。

スピン

電子のみならず、全ての素粒子はスピンを持つ。

スピン量子数は大きく二種類あり、一つは「整数スピン」、もう一つは「半整数スピン」(スピン1/2)である。

整数スピンを持つ粒子を「ボース粒子」といい、この粒子はボース・アインシュタイン統計に従う。パウリの排他原理は適用されない。

半整数スピンを持つ粒子を「フェルミ粒子」といい、この粒子はフェルミ・ディラック統計に従う。パウリの排他原理が適用できる。

素粒子

素粒子ごとに、スピン数は次のとおりである。1/2と書かれた粒子がフェルミ粒子であり、パウリの排他原理が適用される。

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