Wolfgang Pauli

Wolfgang Pauli

Pauli fu uno dei fisici teorici più importanti del Novecento, in quanto diede contribuiti fondamentali in  numerosi settori della fisica, da quella quantistica a quella nucleare.

La sua grande fama è dovuta in particolare a due scoperte fondamentali:

- il principio di esclusione (o di Pauli)

- il neutrino di Pauli

Il principio di esclusione si riferisce al moto degli elettroni negli atomi.

Poiché l'atomo di idrogeno, già studiato da Bohr, contiene soltanto un elettrone, questo è libero di occupare qualsiasi stato energetico permesso. Ma cosa accade negli atomi con più elettroni?

Dall'osservazione dei dati sperimentali si arrivò alla conclusione che con l'aggiunta di elettroni i volumi degli stati quantici si contraggono, mentre il numero di stati occupati aumenta, così che il diametro atomico rimane praticamente costante.

Doveva perciò esistere un principio fisico che impedisce agli elettroni di affollarsi nello stato quantico più basso.

Pauli suggerì che le cose potevano essere sistemate permettendo a due soli elettroni di occupare un determinato stato quantico.

Tuttavia sorse un problema: si rivelò, mediante studi sull'effetto Zeeman (lo scindersi di righe spettrali in presenza di campi magnetici intensi), esserci una nuova componente oltre le tre spaziali xyz. L'elettrone possedeva anche un momento magnetico in quanto carica rotante, e un diverso orientamento della rotazione (detto "spin") avrebbe spiegato questo effetto sperimentale.

Lo spin in realtà, per essere in accordo con l'osservazione, non può essere una caratteristica del moto dell'elettrone (che si comporta come un oggetto puntiforme), ma si tratta di una sua caratteristica intrinseca, come lo sono la massa o la carica.

Questa scoperta portò a modificare il principio di Pauli: "su ogni orbitale sono permessi soltanto due elettroni aventi spin opposto".

Inoltre l'interazione fra i due momenti magnetici e il campo magnetico fa sì che in realtà vi siano due orbite distinte: se si tiene conto di questa lieve scissione dell'orbita il principio di Pauli si deve definitivamente riformulare dicendo che è permesso solo un elettrone su ciascuna orbita.

Di importanza fondamentale fu poi la predizione della particella detta "neutrino": Pauli ne suppose l'esistenza negli anni '20 e per trent'anni questa sfuggì a una verifica sperimentale, che arrivò solo nel '55 con i fisici Reines e Cowan. Tutt'oggi i neutrini sono al centro degli studi di molti dei maggiori laboratori internazionali per la loro fondamentale importanza pratica e teorica negli studi delle particelle elementari e dei fenomeni astrofisici.

Ma di cosa si tratta?

Durante il decadimento b (ovvero con emissione di elettroni) ci si trovava di fronte ad una situazione in cui il bilancio energetico non era in pareggio. Bohr adottò un punto di vista radicale, sostenendo che Il Principio di Conservazione dell'energia non valeva in certi processi (in quegli anni tanti principi classici erano in effetti stati demoliti).

Pauli preferì invece supporre che l'equilibrio energetico venisse in realtà ristabilito dall'emissione di qualche particella ancora sconosciuta che egli chiamò 'neutrone', nome che venne successivamente cambiato in 'neutrino' quando Chadwick scoprì quello che oggi è effettivamente conosciuto come neutrone.

I neutrini però, avendo massa e carica nulle, in pratica non si potevano rivelare, ed erano sempre sfuggiti ai fisici sperimentali.