Influencia del Principio de Pauli en los Modelos Nucleares

El principio de exclusión de Pauli está involucrado en la explicación básica del modelo de capas de estados de energía nuclear. La evidencia de la estructura de capas en el núcleo fue sorprendente al principio, porque una densa colección de partículas de interacción fuerte, debería estar chocando entre sí todo el tiempo, resultando en un redireccionamiento y quizás pérdida de energía de las partículas. El principio de Pauli bloquea eficazmente la pérdida de energía, debido a que sólo una partícula nuclear puede ocupar un estado energético dado (los neutrones y los protones son fermiones con espín 1/2). En este conjunto denso de materia, estarán llenos todos los estados de baja energía. Esto significa que las partículas no pueden participar en interacciones que reducirían su energía, ya que no existen estados de menor energía a los que puedan ir. Puede ocurrir la dispersión por una partícula externa que eleve la energía de un nucleón, pero la dispersión que disminuya un nivel de energía está bloqueada por el principio de exclusión.

El principio de Pauli también se invoca en el modelo de gota líquida, y hay un término en la fórmula de Weizsaecker para la energía de enlace que se atribuye al principio de exclusión. El llenado de todos los estados de baja energía se contempla en el modelo de la gota líquida, y eso favorece la condición A = 2Z (es decir, el mismo número de protones y neutrones). Dado que los niveles energéticos de los neutrones y protones para determinados estados cuánticos son comparables, entonces puede obtenerse una energía inferior total por llenado de ambos al mismo nivel, en lugar de tener uno o más nucleones en niveles cuánticos más altos. El principio de Pauli también favorece un número par de neutrones y protones: los pares de fermiones se espera que tengan espín anti-paralelo, y por lo tanto no contribuyen al espín total. Esto lo expresa otro término en la fórmula de Weizsaecker.