El día 25 de abril se cumplen 114 años del nacimiento, en 1900, de Wolfgang Pauli. En conmemoración de dicha efeméride reproducimos a continuación el artículo sobre su vida y obra escrito por el Dr. Luis Vega Martín, Profesor Titular de Física Aplicada en la Universidad de La Laguna y miembro del Aula Cultural de Divulgación Científica. El artículo se publicó en el periódico “El Día”, de Santa Cruz de Tenerife, y está disponible en su formato original en la sección “Biblioteca” de esta página web.

Wolfgang Pauli.

Wolfgang Ernst Pauli nació en Viena, en 1900 hijo de un célebre médico judío convertido al catolicismo, devoto admirador de los desarrollos científicos. El segundo nombre de Wolfgang es debido a que su padrino de bautismo fue nada menos que el famoso físico Ernst Mach.

Estudió en el Döblinger Gymnasium de Viena, donde se licenció en física en 1918. Después de tan sólo dos meses publicó su primer artículo sobre la Teoría de la Relatividad General. En julio de 1921 logró su doctorado en física, bajo la tutela de Arnold Sommerfeld, en la Universidad de Munich.

Sommerfeld, su padrino de tesis doctoral, le había sugerido realizar un artículo sobre la relatividad para la “Enciclopedia de Ciencias Matemáticas”, una enorme recopilación de la ciencia. Dos meses después de doctorarse Pauli concluyó el artículo, de 237 páginas, recibiendo elogios de Einstein: publicado como monografía, es todavía hoy una de las referencias básicas sobre el tema.

Fue nombrado profesor de la Universidad de Hamburgo en 1923. Pasó un año en la Universidad de Gotinga como asistente de Max Born, época en la que conoce a Heisenberg, y al año siguiente se traslada al Instituto Niels Bohr de Física Teórica en Copenhague.

En 1928, es nombrado profesor de Física Teórica en el Instituto Federal de Tecnología de Zurich, en Suiza. Bajo su dirección, esta institución se convirtió en un importante centro de investigación en los años precedentes a la Segunda Guerra Mundial.

En mayo de 1929 Pauli abandona la Iglesia Católica y en diciembre se casa con Katy Margarita Dëpner, de la cual se divorcia en 1930, tras poco menos de un tormentoso año de matrimonio que le conducirá a una profunda depresión y adicción al alcohol de la que tardaría años en recuperarse.

En 1934 se casa con Francisca Bertram, junto a quien permanecerá ligado hasta su muerte. La anexión de Austria por Hitler en 1938 lo convierte en ciudadano alemán. Abandona Alemania al estallar la Segunda Guerra Mundial y se traslada a Estados Unidos para hacerse cargo de la cátedra de física en Princeton. En 1945 recibe el Premio Nóbel de física por su descubrimiento del Principio de Exclusión, obteniendo la nacionalidad estadounidense en 1946. Año en que regresa a Zurich donde permanecería hasta su muerte el 15 de diciembre a los 58 años de edad.

Pauli fue denominado con razón “la conciencia de la física cuántica”. A partir de su paso por Munich Pauli comienza a trabajar en la entonces muy confusa situación de la física del mundo microscópico. Compañero de Heisenberg y de Pascual Jordan, su profunda capacidad matemática e intuición física hará que todos sometan sus trabajos a su juicio, extraordinariamente exigente y agudo, aunque por su situación profesional no le correspondiera ese papel.

En esos años, trabajando en los problemas del llamado Efecto Zeeman Anómalo, termina por convencerse de que la descripción de los electrones en los átomos requiere la introducción de un “numero cuántico” para los electrones que carece de análogo clásico, y que describe su comportamiento magnético. Este número cuántico denominado hoy “de spin” había sido sugerido por Ulhembeck, pero será Pauli el que le dotará de contenido conceptual.

El nuevo número cuántico forma parte básica de nuestra comprensión del mundo, y ligado a él Pauli propone el llamado Principio de Exclusión. Originalmente este principio fue utilizado para comprender como se efectúa el “llenado de las capas electrónicas en los átomos”. Posteriormente el propio Pauli acabará explicando que es una propiedad fundamental de las partículas de la naturaleza, que en último término explica el volumen del Universo. Sin esta propiedad, los electrones en los átomos tenderían a juntarse en las capas de menor energía (de menor radio) y la situación más probable es que las partículas se unieran en un muy pequeño espacio. Según el “principio de exclusión” de Pauli, los electrones (que son pequeñas partículas cargadas eléctricamente que hormiguean alrededor del núcleo atómico) no pueden solaparse uno sobre otro, se excluyen mutuamente, y si se intenta presionar a dos electrones en la misma órbita para que se unan, se repelen. Esta fuerza de repulsión no se debe al hecho de que las cargas eléctricas correspondientes de los electrones se repelan, sino que se trata de una fuerza de repulsión completamente nueva, mucho más fuerte que la electromagnética. Esta nueva fuerza, llamada “fuerza de intercambio” sólo puede comprenderse basándose en la teoría cuántica y no existe nada análogo a ella en la física clásica. Su existencia al nivel atómico es lo que impide que se colapsen las nubes electrónicas que rodean los núcleos atómicos.

El Principio establece que dos electrones no pueden tener los mismos números cuánticos, de modo que en cada capa atómica sólo caben dos electrones como máximo. La imposición cuántica de las órbitas discretas espaciadas obliga a que los átomos con más electrones tengan que llenar las capas más exteriores, provocando en último término su mayor volumen.

En 1931 Pauli propondrá también la existencia de una partícula, el neutrino, que permitirá mantener la conservación de la energía en determinadas reacciones nucleares. Más de 25 años después la partícula predicha sería detectada mostrando lo acertado de sus conjeturas.

Figura: Imagen de Wolfgang Ernst Pauli (1900-1958) en un sello de Austria de 1983. La imagen de este sello de correos se ha utilizado exclusivamente con fines docentes y divulgativos, sin ánimo de lucro.

Categoría: Publicaciones Recomendadas.

Luis Vega Martín.
ACDC. 25Abr2014.