exclusion, principe d'

exclusion, principe d', en physique, principe fondamental d'après lequel deux fermions identiques, tels que des électrons, ne peuvent pas occuper le même état (état d'énergie) dans un atome. Ce principe justifie en partie les régularités de la classification périodique. Le principe d'exclusion fut décrit en 1925 par Wolfgang Pauli physicien et mathématicien d'origine autrichienne.

Selon la théorie quantique, les états possibles des électrons dans l'atome sont définis par quatre valeurs discrètes, les nombres quantiques. On utilise ces nombres quantiques pour décrire un modèle mathématique de l'atome en trois dimensions. Le nombre quantique principal n définit l'état d'énergie principal, ou niveau de la couche, d'un électron en orbite autour du noyau. Le nombre quantique orbital l représente l'amplitude du moment angulaire de l'électron orbital (voir Mécanique). Le nombre quantique m représente l'orientation magnétique de l'électron dans l'espace. Le spin de l'électron est désigné par le nombre quantique magnétique de spin, m_s, qui est égal à - y ou + y selon l'orientation du spin. Les nombres quantiques n, l et m ne peuvent prendre que certaines valeurs entières.

Par exemple, lorsque le nombre quantique principal n est égal à 1, l et m sont forcément égaux à 0 ; le nombre quantique de spin m_s peut prendre la valeur + y ou - y. Il existe alors deux combinaisons possibles pour les nombres quantiques : 1-0-0-(+ y) et 1-0-0-(- y). D'après le principe d'exclusion, seul un électron peut avoir l'une de ces deux combinaisons. Ainsi, seuls deux électrons peuvent occuper la couche électronique correspondant à n =  1.

Pour n = 2, l peut prendre les valeurs 0 ou 1, m les valeurs + 1, 0, ou - 1, et m_s est égal à + y ou - y. Il existe ainsi huit combinaisons des nombres quantiques. En conséquence, la seconde couche électronique, peut contenir huit électrons au maximum. Il est ainsi possible de déterminer le nombre maximal d'électrons permis dans chaque couche électronique de tout atome.

Le principe d'exclusion de Pauli s'applique aux électrons atomiques et aux électrons libres qui se déplacent dans la matière comme un courant électrique lorsque une tension est appliquée. Les protons et les neutrons du noyau sont également organisés en états quantiques identiques de spins opposés peuvent être présenter dans chaque état. Voir Statistique, mécanique.