Wolfgang Pauli (1900–1958) war ein österreichischer Physiker und einer der bedeutendsten Mitbegründer der Quantenmechanik. Sein „Pauli-Prinzip“ erklärt, warum Elektronen und andere Fermionen bestimmte Quantenzustände nicht teilen können – eine Grundlage für das Verständnis der atomaren Struktur und des Spins.
Biographical Data
Pauli wurde 1900 in Wien geboren. Er studierte unter Arnold Sommerfeld in München und wurde bereits als junger Wissenschaftler durch seine präzise Kritik an der frühen Quantenmechanik bekannt. Später wirkte er in Hamburg und Zürich und war enger Kollege von Niels Bohr, Werner Heisenberg und Albert Einstein. 1945 erhielt er den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung des Pauli-Prinzips. Pauli starb 1958 in Zürich.
Scientific Contributions
Pauli formulierte 1925 das nach ihm benannte „Pauli-Ausschlussprinzip“, das besagt, dass keine zwei Fermionen (z. B. Elektronen, Protonen oder Neutronen) denselben Quantenzustand im selben System einnehmen können. Dieses Prinzip erklärt:
– den Aufbau der Elektronenhülle
– die Periodizität des Periodensystems
– die Stabilität der Materie
– die Struktur von Atomkernen
Zudem entwickelte Pauli die nach ihm benannten „Pauli-Matrizen“ zur quantenmechanischen Beschreibung des Spins. Seine Arbeiten trugen wesentlich zur Formulierung der Quantenfeldtheorie bei.
Bedeutung in MRT-Physik, Quantenbildgebung und Kernspinphysik
Das Pauli-Prinzip und die Beschreibung des Spins sind zentrale Grundlagen der „Magnetresonanztomografie (MRT)“. Der „Kernspin“ – insbesondere des Wasserstoffatoms – ermöglicht die Signalgebung im MRT.
Die quantenmechanischen Eigenschaften der Spins, ihr Verhalten im Magnetfeld und ihre Relaxationseigenschaften beruhen direkt auf den Regeln, die Pauli mathematisch beschrieben hat.
Auch in der Entwicklung „hyperpolarisierter Bildgebung“ und der „quantensensitiven Sensorik“ hat das Pauli-Prinzip grundlegende Bedeutung.
Sources and Literature
Pauli W. Über den Zusammenhang des Abschlusses der Elektronengruppen im Atom mit der Komplexstruktur der Spektren. Z Phys. 1925.
Enz CP. No Time to Be Brief: A Scientific Biography of Wolfgang Pauli. Oxford University Press, 2002.
Bushberg JT et al. The Essential Physics of Medical Imaging. Wolters Kluwer, 2021.
Netter FH. Atlas of Human Anatomy. Elsevier, 2023.
