Wolfgang Pauli n’était pas seulement un physicien. C’était un jeune prodige qui, à l’âge de 20 ans, avait écrit une énorme encyclopédie de 200 pages sur la théorie de la relativité. Ce genre de production épuiserait la plupart des professeurs. Il l’a fait avant de pouvoir légalement boire à Vienne. Né en Autriche en 1900, Pauli a façonné notre compréhension du monde subatomique d’une manière qui dicte encore la façon dont la matière se tient aujourd’hui.
Sa carrière s’est déplacée de Zurich à Princeton, mais son impact a été mondial. Il a enseigné en Suisse de 1928 à 1940. Plus tard, il a occupé un poste à l’Institute for Advanced Study du New Jersey. Le travail qu’il a accompli au cours de ces années a changé à jamais la physique.
Le neutrino : résoudre le mystère de la désintégration bêta
En 1930, Pauli fait face à une crise. La physique avait un trou dans sa logique. Lorsqu’un électron était émis par un noyau atomique en désintégration bêta, l’énergie et l’impulsion semblaient disparaître. Cela a enfreint les lois fondamentales de la conservation. Les physiciens étaient confus. La physique a-t-elle été brisée ?
Pauli n’a pas paniqué. Il a proposé une solution. Il a suggéré qu’une autre particule emportait l’énergie manquante. Cette particule devait être presque sans masse. Il n’y avait aucun frais. C’était incroyablement difficile à détecter. Nous appelons désormais cette particule le neutrino.
C’était une décision audacieuse. Il disait essentiellement que quelque chose d’invisible volait l’énergie de l’équation. La plupart des scientifiques étaient sceptiques. Mais le calcul a fonctionné. Le neutrino était la pièce manquante. Cela a sauvé la loi de la conservation de l’énergie.
Le principe d’exclusion de Pauli : pourquoi les atomes ne s’effondrent pas
La raison pour laquelle Pauli a remporté le prix Nobel en 1945 est cependant due à quelque chose qu’il a découvert plus tôt. En 1924, il étudie le comportement des électrons dans un atome. Il a remarqué qu’ils avaient besoin d’un nombre quantique de spin spécifique. C’était soit +1/2, soit -1/2.
Cela a conduit à sa contribution la plus célèbre. Le principe d’exclusion de Pauli.
Le principe est simple dans son énoncé mais profond dans ses conséquences. Deux électrons d’un atome ne peuvent pas avoir exactement le même état quantique. Ils ne peuvent pas occuper le même espace avec la même rotation. S’ils le pouvaient, ils s’écraseraient tous au niveau d’énergie le plus bas.
“Deux électrons ne peuvent pas occuper simultanément le même état quantique.”
Ce n’est pas seulement une théorie abstraite. C’est la raison pour laquelle la matière a du volume. C’est pourquoi vous ne tombez pas de votre chaise. Les électrons de votre corps refusent de se chevaucher avec les électrons de la chaise. Ils repoussent. Ils excluent. Ils tiennent bon.
Sans cette règle, les atomes s’effondreraient. La chimie telle que nous la connaissons n’existerait pas. Les étoiles seraient différentes. L’univers serait une boue dense et sombre. La découverte de Pauli en 1925 explique pourquoi le monde est structuré ainsi.
Il meurt à Zurich en 1958. Ses idées restent le fondement de la mécanique quantique. Nous utilisons toujours ses règles pour construire des transistors. Nous nous appuyons toujours sur sa logique pour comprendre les réactions nucléaires. Le principe d’exclusion n’est pas qu’une simple note de bas de page dans l’histoire de la physique. C’est la règle qui empêche la matière de s’effondrer.
Cela signifie-t-il que nous comprenons tout sur les électrons maintenant ? Même pas proche. Mais nous savons qu’ils ont des limites.
