Η αρχή του αποκλεισμού Pauli δεν αναφέρει δύο ηλεκτρόνια (ή άλλα φερμιόνια) μπορούν να έχουν την ίδια κβαντική μηχανική κατάσταση στο ίδιο άτομο ή μόριο. Με άλλα λόγια, κανένα ζεύγος ηλεκτρονίων σε ένα άτομο δεν μπορεί να έχει το ίδιο ηλεκτρονικό κβαντικοί αριθμοί n, l, μμεγάλο, και μμικρό. Ένας άλλος τρόπος για να δηλωθεί η αρχή αποκλεισμού Pauli είναι να πούμε ότι η συνολική λειτουργία κυμάτων για δύο πανομοιότυπα φερμιόνια είναι αντισυμμετρική εάν τα σωματίδια ανταλλάσσονται.
Η αρχή προτάθηκε από τον Αυστριακό φυσικό Wolfgang Pauli το 1925 για να περιγράψει τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων. Το 1940, επέκτεινε την αρχή σε όλα τα φερμιόνια στο θεώρημα της στατιστικής περιστροφής. Τα μποζόνια, τα οποία είναι σωματίδια με ακέραιο γύρισμα, δεν ακολουθούν την αρχή αποκλεισμού. Έτσι, τα ίδια μποζόνια μπορεί να καταλαμβάνουν την ίδια κβαντική κατάσταση (π.χ. φωτόνια σε λέιζερ). Η αρχή αποκλεισμού Pauli ισχύει μόνο για σωματίδια με μισή ακέραια περιστροφή.
Η αρχή και η χημεία αποκλεισμού Pauli
Στη χημεία, η αρχή αποκλεισμού Pauli χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της δομής του κελύφους ηλεκτρονίων των ατόμων. Βοηθά να προβλέψουμε ποια άτομα θα μοιράζονται ηλεκτρόνια και θα συμμετέχουν σε χημικούς δεσμούς.
Τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο ίδιο τροχιακό έχουν τον ίδιο πρώτο τρία κβαντικό αριθμό. Για παράδειγμα, τα 2 ηλεκτρόνια στο κέλυφος ενός ατόμου ηλίου είναι στο υποσύνολο 1s με n = 1, l = 0 και mμεγάλο = 0. Οι στιγμές περιστροφής τους δεν μπορούν να είναι ίδιες, οπότε το ένα είναι mμικρό = -1/2 και το άλλο είναι mμικρό = +1/2. Οπτικά, το σχεδιάζουμε ως δευτερεύον κέλυφος με 1 "επάνω" ηλεκτρόνιο και 1 "κάτω" ηλεκτρόνιο.
Κατά συνέπεια, το υποσύνολο 1s μπορεί να έχει μόνο δύο ηλεκτρόνια, τα οποία έχουν αντίθετες περιστροφές. Το υδρογόνο απεικονίζεται ότι έχει ένα δευτερεύον κέλυφος με 1 "επάνω" ηλεκτρόνιο (1s1). Ένα άτομο ηλίου έχει 1 "επάνω" και 1 "κάτω" ηλεκτρόνιο (1s2). Προχωρώντας στο λίθιο, έχετε τον πυρήνα ηλίου (1s2) και έπειτα ένα ακόμη "επάνω" ηλεκτρόνιο που είναι 2s1. Με αυτόν τον τρόπο, τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων των τροχιακών είναι γραμμένο.