In der klassischen Physik ist es unvorstellbar, dass zwei Objekte am selben Ort sein könnten. In der Quantenmechanik ist das anders. Der Ort eines Teilchens, zum Beispiel eines Elektrons in einem Atom, kann nicht auf einem Punkt genau angegeben werden. Vielmehr kann man nur einen ausgedehnten Bereich, das Orbital, angeben, in dem man das Teilchen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit antreffen kann. Diese Bereiche verschiedener Elektronen können sich überlappen, so dass sich tatsächlich mehrere Teilchen im selben Bereich aufhalten können.
Es gibt jedoch ein Prinzip, nach dem niemals zwei Elektronen genau die gleichen Quantenzahlen haben können. Die Quantenzahlen geben alle Bewegungseigenschaften des Elektrons an: Das Orbital, den Drehimpuls und den Spin. Das Prinzip, nach dem sich zwei Elektronen in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden müssen, heißt Ausschließungsprinzip oder - nach Wolfgang Pauli (1900-1958), der es 1924 entdeckt hat - Pauli-Prinzip.
Das Pauliprinzip gilt für alle Teilchen, deren Spin nicht ganzzahlig ist, also für Teilchen mit Spin 1/2, 3/2, 5/2 und so weiter. Diese Teilchen fasst man unter dem Begriff Fermionen (nach Enrico Fermi) zusammen. Neben den Elektronen gehören auch die Teilchen, die den Atomkern bilden, das Proton und das Neutron, zu den Fermionen. Teilchen, die nicht dem Pauli-Prinzip unterliegen nennt man dagegen Bosonen. Der fermionische Charakter von Teilchen mit halbzahligem Spin kann auf Symmetriebetrachtungen zurückgeführt werden.
Das Pauli-Prinzip ist dafür verantwortlich, dass nur zwei Elektronen in einem Orbital Platz finden. Das Orbital gibt nämlich alle Quantenzahlen mit Ausnahme des Spins an. Die beiden Elektronen eines Orbitals müssen sich also in ihrem Spin unterscheiden. Die Verteilung der Elektronen auf Verschiedene Orbitale führt dazu, dass die Atome im Periodensystem der Elemente angeordnet werden können. Zudem sorgt sie dafür, dass Atome mit mehr Elektronen auch mehr Platz benötigen, also größer sind. Das Pauli-Prinzip gibt den Atomen also, zusammen mit der Unschärfe-Relation, eine Ausdehnung und bewirkt letztlich die Festigkeit der Materie.
Warum verschmelzen die Elektronen nicht mit dem Atomkern?
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Letzte Änderung: 16.03.2006