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WOLFGANG ERNST PAULI (1900 - 1958)

Wolfgang Ernst Pauli (Viena, 25 de abril de 1900 - Zúrich, 15 de diciembre de 1958) fue un físico teórico austriaco, nacionalizado suizo y luego estadounidense. Se cuenta entre los padres fundadores de la mecánica cuántica y es suyo el principio de exclusión según el cual es imposible que dos electrones -en un átomo- puedan tener la misma energía, ocupar el mismo lugar y poseer números cuánticos iguales.

Fue galardonado con el Premio Nobel de Física -que compartió con el estadounidense de origen polaco Isidor Isaac Rabi (1898 - 1988) en 1945, por el descubrimiento del pricipio de exclusión, también llamado principio de Pauli.

BIOGRAFÍA

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Pauli nació en Viena, hijo de Wolfgang Joseph Pauli y de su esposa Bertha Camilla Schütz; su hermana fue Hertha Pauli, escritora y actriz. El segundo nombre de Pauli fue puesto en honor a su padrino, el físico Ernst Mach. Los abuelos paternos de Pauli pertenecían a destacadas familias judías de Praga; su bisabuelo fue el editor judío Wolf Pascheles. La madre de Pauli, Bertha Schütz fue educada en la religión católica romana de su madre; su padre era el escritor judío Friedrich Schütz. Pauli fue criado como católico romano, aunque finalmente él y sus padres abandonaron la Iglesia.

Pauli asistió al Döblinger-Gymnasium de Viena y se graduó con distinción en 1918. Dos meses más tarde publicó su primer artículo sobre la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Asistió a la Universidad Ludwing-Maximilians de Múnich y trabajó con Arnold Sommerfeld. Se doctoró en julio de 1921 por su tesis sobre la teoría cuántica del hidrógeno diatómico ionizado.

Pauli y la teoría de la relatividad

Sommerfeld pidió a Pauli que revisara la teoría de la relatividad para una posterior publicación en la Encyklopädie der Mathematischen Wissenchften (Enciclopedia de Ciencias Matemáticas). Dos meses después de recibir el doctorado, Pauli completó el artículo que llegó a tener 237 páginas. Einstein lo elogió, publicado como monografía sigue siendo una referencia estándar sobre el tema.

Pauli pasó un año en la Universidad de Gotinga como ayudante de Max Born, y al año siguiente en el Instituto de Física Teórica de Copenhague (Más tarde Instituto Niels Bohr). De 1923 a 1928, fue profesor en la Universidad de Hamburgo. Durante ese período, Pauli desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de la teoría moderna de la mecánica cuántica. Formuló entonces el principio de exclusión y la teoría del espín no relativista. También escribió un artículo sobre la química y la medicina de los coloides en 1924.

En 1928, Pauli fue nombrado catedrático de física teórica en la ETH de Zúrich (Suiza) y en 1930 recibió la medalla Lorentz. Fue profesor visitante en la Universidad de Michigan en 1931 y en el Instituto de estudios avanzados de Princenton en 1935.

Carl Jung y Wolfgang Pauli

A fines de la década de 1920, Pauli se encontró en una crisis vital: su madre Bertha, con quien era muy cercano, se suicidó en 1927. En 1929 se casó con la bailarina Käthe Deppner, pero el matrimonio solo duró un año. En ese momento ya había dejado Hamburgo, porque en 1928 Pauli aceptó una cátedra de física teórica del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zúrich (ETH Zúrich). En enero de 1932 consultó al psiquiatra y psicoterapeuta Carl Jung, que vivía cerca de Zúrich. Jung comenzó inmediatamente a interpretar los sueños arquetípicos de Pauli, basados en el I Ching, llegando Pauli a convertirse en uno de sus mejores alumnos.

Pronto Pauli empezó a criticar científicamentela epistermología de la teoría de Jung, y esto contribuyó a una cierta clarificación de las ideas del psiquiatra, especialmente sobre la sincronicidad. Gran parte de estas discusiones están documentadas en las cartas Pauli/Jung, hoy publicadas como Átomo y Arquetipo. El análisis elaborado de Jung de más de cuatrocientos sueños de Pauli está documentado en Psicología y Alquimia. En 1933 Pauli publicó la segunda parte de su libro sobre Física Handbuch der Physik, que fue considerado el libro definitivo sobre la física cuántica.

Con su segundo matrimonio, que Pauli contrajo en 1934 con Franca Bertram, terminó su crisis. Este matrimonio duraría el resto de su vida. No tendrían hijos.

Segunda Guerra Mundial y últimos años

La anexión alemana de Austria en 1938 convirtió a Pauli en ciudadano alemán, lo que se convirtió en un problema para él en 1939, cuando estalló la Segunda Guerra Mundial. En 1940 intentó en vano obtener la ciudadanía suiza, que le habría permitido permanecer en la ETH.

Ese mismo año, Pauli se trasladó a Estados Unidos, donde fue contratado como profesor de física teórica en el Instituto de Estudios Avanzados. En 1946, después de la Guerra, se nacionalizó estadounidense y regresó a Zúrich, donde permaneció casi toda su vida. En 1949 se le concedió la nacionalidad suiza.

En 1958, Pauli recibió la medalla Max Plack. ese mismo año cayó enfermo de cáncer de páncreas. Cuando su áultimo asistente, Charles Enz, le visitó en el hospital Rotkreutz de Zúrich, Pauli le preguntó: "Has visto el número de la habitación". Era el 137. Durante toda su vida, Pauli había estado preocupado por la cuestión de por qué la constante de estructura fina, una constante fundamental adimensional, tiene un valor casi igual a 1/137. Pauli murió en esa habitación el 15 de diciembre de 1958.

APORTES CIENTÍFICOS

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Pauli realizó muchas contribuciones importantes como físico, principalmente en el campo de la mecánica cuántica. Rara vez publicaba artículos y prefería mantener una larga correspondencia con colegas como Niels Bohr de la Universidad de Copenhague y Werner Heisenberg, con quien mantenía una estrecha amistad.

Muchas de sus ideas y resultados nunca se publicaron y solo aparecieron en sus cartas, que a menudo eran copiadas y difundidas por sus destinatarios. En 1921, Pauli colaboró con Bohr en la creación del Principio de Aufbau (proveniente del alemán Aufbauprinzip, que significa "principio de construcción"), modelo que describía la acumulación de electrones en las diferentes órbitas.

Principio de exclusión de Pauli

Pauli propuso en 1924 un nuevo grado de libertad cuántico (o número cuántico) con dos valores posibles, para resolver las incoherencias entre los espectros moleculares observados y la teoría de la mecánica cuántica en desarrollo. Formuló lo que se conoce como el principio de exclusión de Pauli, quizás su trabajo más importante, que afirma que no pueden existir dos electrones en el mismo estado cuántico, identificado por cuatro números cuánticos, incluídos su nuevo estado de libertad de dos valores. La idea del espín surgió de Ralph Kroning. Un año más tarde George Uhlenbeck y Samuel Goudsmit identificaron el nuevo grado de libertad de Pauling como el espín del electrón, en el que Pauli se negó erróneamente a creer durante mucho tiempo.

En 1926, poco después que Heisenberg publicara la teoría matricial de la mecánica cuántica moderna, Pauli la utilizó para derivar el espectro observado del átomo de hidrógeno. Este resultado fue importante para asegurar la credibilidad de la teoría de Heisenberg.

Pauli introdujo las matrices de 2 x 2 como base de los operadores de espín, resolviendo así la teoría no relativista del espín. A veces se dice que este trabajo, incluida la ecuación de Pauli, influyó en Paul Dirac en su creación de la ecuación de Dirac para el electrón relativista

Desintegración beta

En 1930, Pauli consideró el problema de la desintegración beta. En una carta de 4 de diciembre dirigida a Lise Meitner y otros propuso la existencia de una partícula neutra no observada hasta entonces con una masa pequeña, no superior al 1% de la masa de un protón, para explicar el espectro continuo de la desintegración beta. Cuatro años más tarde, en 1934, Enrico Fermi incorporó a su teoría de la desintegración beta esta partícula, a la que llamó neutrino. El neutrino fue confirmado experimentalmente por primera vez en 1956, dos años y medio antes de la muerte de Pauli, por Frederick Reines y Clyde Cowan.

Otros aportes

Sello postal Austriaco en honor a Wolfang Pauli

En 1940, Pauli volvió a deducir el teorema del espín, un resultado crítico de la teoría cuántica de campos que establece que las partículas con espín semientero son fermiones, mientras que las partículas con espín entero son bosones.

En 1949 publicó un artículo sobre la regularización de Pauli-Villars. La regularización es el término que designa las técnicas que modifican las integrales matemáticas infinitas para hacerlas finitas durante los cálculos, de modo que se pueda identificar si las cantidades infinitas de la teoría (masa, carga, función de onda) forman un conjunto finito y, por tanto, calculable, que puede redefinirse en términos de sus valores experimentales, criterio que se denomina renormalización, y que elimina los infinitos de las teorías de campos cuánticos, pero también permite el cálculo de las correcciones de orden superior en la teoría de perturbaciones.

Pauli fue elegido miembro extranjero de la Royal Society en 1953 y en 1958 se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de las Artes y las Ciencias de los Países Bajos.

IMAGENES FAMILIARES

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