Pauli, Wolfgang (1900-1958).
Físico estadounidense de origen austríaco, nacido en Viena (Austria) el 25 de abril de 1900 y fallecido en Zúrich (Suiza) el 15 de diciembre de 1958. Fue galardonado con el Premio Nobel de Física -que compartió con estadounidense de origen polaco Isidor Isaac Rabi (1898-1988) en 1945, "por el descubrimiento del principio de Exclusión, también llamado principio de Pauli".
Fruto del matrimonio formado por el prestigioso médico vienés Wolfgang Joseph Pauli y su esposa Berta Camilla Schütz, heredó de su progenitor -que impartía clases de Medicina en la Universidad de Viena- el interés por la Ciencia. Creció, además, rodeado de relevantes científicos que contribuyeron a la precoz inclinación del joven Wolfgang Pauli hacia este tipo de conocimientos; entre estas figuras de su entorno, sobresale el filósofo y físico alemán Ernst Mach (1838-1916), quien apadrinó al pequeño Wolfgang en la pila bautismal. En efecto, a pesar de que su padre descendía de una familia judía, el futuro premio Nobel fue bautizado en la fe católica y recibió, como segundo nombre, el mismo que tenía su padrino.
Desde niño mostró una extraordinaria capacidad intelectual, que le permitió graduarse con honores, en 1918, en el Instituto de Enseñanza Media (o Gymnasium) de Döblinger (Viena). Había cursado con tal aprovechamiento estos estudios secundarios -especialmente, los centrados en materias científicas-, que a los dos meses de haberse graduado, cuando sólo contaba dieciocho años de edad, dio a la imprenta un brillante artículo sobre la teoría de la relatividad general de Albert Einstein (1879-1955).
Con este sólido bagaje en su formación académica, pasó a continuación a la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, donde tuvo la fortuna de contar con el magisterio de un profesor excepcional: el físico alemán, especializado en estudios sobre el átomo, Arnold Sommerfeld (1868-1951). Bajo la supervisión de tan acreditado maestro, el joven Pauli se licenció en Ciencias Físicas y, acto seguido, obtuvo el grado de doctor en dicha materia (1921), merced a una tesis doctoral sobre la teoría cuántica del hidrógeno molecular ionizado.
Pocos meses después, el propio Einstein procedió a elogiar públicamente al nuevo doctor, después de haber conocido el brillantísimo trabajo que Pauli, por encargo de su querido maestro, había publicado en la enciclopedia alemana Encyklopaedie der mathematischen Wissenschaften. En efecto, Sommerfeld, que había comprobado que era necesario actualizar esta obra monumental en todo lo relacionado con los nuevos conocimientos que se tenían acerca de la Relatividad, sugirió a Pauli que llevase a cabo este trabajo. El joven físico vienés escribió entonces una obra de más de doscientas páginas que sorprendió, por sus claridad y precisión, al propio responsable de dicha teoría, y que, publicada por separado en forma de monografía, se convirtió en uno de los textos de obligada referencia para cualquier estudioso de esta materia.
Consagrado, pues, como una de las grandes revelaciones de la Física del primer tercio del siglo XX, el joven Wolfgang Pauli emprendió entonces una serie de viajes por los principales foros científicos de Europa, con el propósito de ampliar sus conocimientos y sus horizontes vitales. Así, recaló en primer lugar en la Universidad de Göttingen (Alemania), donde tuvo ocasión de colaborar, en calidad de ayudante, con otro genio de la teoría atómica, el profesor Max Born (1882-1970). Pauli aprendió a su lado todos los secretos de la Mecánica cuántica, rama de la Física contemporánea en la que Born se había erigido como auténtica autoridad mundial.
Al año siguiente, el físico vienés abandonó Gotinga para desplazarse hasta la capital danesa, donde comenzó a colaborar estrechamente con Niels Bohr (1885-1962) en el celebérrimo Instituto de Física de Copenhague. Bohr, otro genio universal de la Física, marcó también profundamente la carrera de Pauli, a quien siempre consideró, más que como un discípulo, como un auténtico amigo. Y no sólo le transmitió todos sus conocimientos, sino que, en un noble ejercicio de honradez intelectual, se dejó aleccionar en muchas ocasiones por los consejos y las críticas del joven Pauli.
En 1923, el físico vienés abandonó Copenhague para regresar a Alemania y ocupar la Cátedra de Física teórica en la Universidad de Hamburgo, al frente de la cual se mantuvo hasta 1928. Fue aquel un lustro sumamente fecundo para Pauli y, en general, para la Física contemporánea, ya que durante aquella etapa el joven científico austríaco desarrolló su célebre principio de Exclusión -por el que habría de ser galardonado, años después, con el Premio Nobel- y su no menos famosa teoría no relativista del Espín. En general, durante este período en la Universidad de Hamburgo. Pauli contribuyó de forma notable al desarrollo de la moderna teoría de la Mecánica cuántica, siguiendo en parte las enseñanzas de Born.
Wolfgang Pauli dejó Alemania en 1928 para afincarse en Zúrich (Suiza), en cuyo acreditado Instituto Tecnológico Federal (ETH) ocupó la Cátedra de Física Teórica. Un año después, abjuró de su fe católica y, a los pocos meses, contrajo nupcias con Käthe Margarethe Deppner; pero este matrimonio constituyó un estrepitoso fracaso, por lo que ambos cónyuges acordaron divorciarse en 1930, cuando no aún no había transcurrido un año desde el día de su boda. La experiencia fue muy negativa para Pauli, quien, a raíz de este divorcio, cayó en una profunda crisis psicológica de la que fue rescatado por el reputado psicoanalista suizo Carl Gustav Jung (1875-1961), en cuyas manos se había puesto el físico vienés por consejo facultativo de su propio padre.
Recuperado de esta crisis, Wolfgang Pauli regresó con bríos renovados a sus labores docentes e investigadoras, que le llevaron en 1931 a cruzar el Atlántico para tomar su primer contacto con los científicos norteamericanos. En dicha ocasión, acudió en calidad de profesor visitante invitado por la Universidad de Michigan; y, al cabo de cuatro años, repitió el viaje, ahora para impartir unos cursos en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey).
Entre ambos desplazamientos a América, Pauli siguió desplegando una intensa labor de investigación y especulación teórica que le permitió realizar su tercera gran aportación a la Ciencia contemporánea (después de haberla enriquecido con el principio de Exclusión y la teoría no relativista del Espín). Se trata de su propuesta teórica de la existencia del neutrino, una partícula subatómica que Pauli intuyó en 1932 para poder ofrecer una explicación satisfactoria al decaímiento beta del radio (si bien no llegó a ser detectada por medio de experimentos hasta 1956, dos años antes del fallecimiento del físico de origen austríaco).
Al año siguiente, dio a la imprenta un célebre artículo titulado "Los principios fundamentales de la Mecánica cuántica" (1933), considerado a partir de entonces por la comunidad científica internacional como uno de los textos fundamentales sobre dicha materia. Y en 1934, ya plenamente recobrada su estabilidad emocional, contrajo segundas nupcias con Franciska Bertram, a la que habría de permanecer unido durante el resto de su vida, en un feliz matrimonio del que no nació ningún fruto.
A partir de 1938, tras la anexión de Austria a la Alemania nazi, Pauli Wolfgang se convirtió forzosa y oficialmente en ciudadano alemán, aunque no habría de ostentar durante mucho tiempo esta nacionalidad. En efecto, al año siguiente, tras el estallido de la II Guerra Mundial (1939-1945), el científico comenzó a sentirse a disgusto en una Europa dominada por la sinrazón del nacionalsocialismo, por lo que aceptó de buen grado una invitación que le permitía volver a impartir clases en la Universidad de Princeton a partir de 1940. En dicha fecha llegó, en efecto, procedente de Zúrich, para ponerse al frente de cátedra de Física teórica del Instituto de Estudios Avanzados de la citada universidad, en la que ejerció la docencia hasta 1946. Durante aquella estancia de siete años en los Estados Unidos de América, Pauli volvió a cambiar de nacionalidad para convertirse en ciudadano norteamericano.
Al término de la conflagración bélica internacional, Wolfgang Pauli regresó a Zúrich con mayor fama de la que gozaba cuando había salido de allí, pues retornaba con un merecido Premio Nobel que, obtenido en 1945, le había sido otorgado a petición de una reputada comisión científica en la que figuraba el propio Albert Einstein. Permaneció en la ciudad suiza a la que tan ligado estaba hasta el final de sus días.
Aportaciones de Pauli
Durante la década de los años veinte, Pauli se convirtió en uno de los grandes artífices del desarrollo de la Mecánica cuántica, cuyo formalismo, si bien es atribuible al alemán Werner Karl Heisenberg (1901-1976), no puede desligarse de la aportaciones decisivas del danés Bohr y el científico de Viena. En efecto, tras el establecimiento del formalismo cuántico, que puede fijarse entre 1925 y 1926, Pauli aplicó sus especulaciones teóricas a algunos casos concretos que resultaron ser paradigmáticos, como el de la molécula del hidrógeno, cuyo espectro presentaba una simplicidad que resultaba imposible de explicar a la luz de las teorías anteriores de la Física tradicional. Fue, precisamente, a raíz de la formulación de las teorías de Pauli sobre el espectro de esta molécula, cuando la mayor parte de la comunidad científica internacional comenzó a aceptar la validez de la teoría cuántica.
Sus tres aportaciones de mayor relieve a la Ciencia contemporánea son la teoría no relativista del Espín, el principio de Exclusión y el descubrimiento teórico del neutrino.
El Espín
En sus primeras formulaciones, la teoría cuántica reconocía la existencia de tres números cuánticos: el principal (que, de acuerdo con lo establecido por Niels Bohr, define la energía del electrón en su órbita), el magnético (que marca la orientación de la órbita en el espacio) y el acimutal (que describe la forma de la órbita elíptica). La Física tradicional aceptaba la existencia de estos tres números, pero recelaba de la Mecánica cuántica porque, con ellos, era imposible explicar el espectro del átomo.
Para resolver este problema, hacia 1924 Pauli añadió un cuarto número, el spin ("espín"), que representa la medida del momento angular del electrón o de su dirección de giro sobre sí mismo; y fijó los dos únicos valores que puede tomar: 1/2 y -1/2
El principio de Exclusión
En 1925, Wolfgang Pauli enunció el denominado principio de Exclusión, en virtud del cual queda establecido que no puede haber, en un mismo átomo, dos electrones con idéntico valor para los cuatro números cuánticos (o, dicho de otro modo, que una mismo órbita, definida por los otros tres números cuánticos, sólo puede haber dos electrones, con valores opuestos del espín).
En efecto, según este principio, los electrones, en su condición de diminutas partículas de carga eléctrica que pululan alrededor del núcleo atómico, se excluyen mutuamente (es decir, no pueden solaparse uno con otro en la misma órbita, ya que se repelen). Pero este efecto de repulsión no es debido a que las cargas eléctricas de cada electrón repelan a las de los demás, sino a fuerza de repulsión o rechazo completamente nueva, mucho más poderosa que la electromagnética, desconocida hasta entonces dentro del ámbito de la Física clásica (pues sólo puede comprenderse dentro de la teoría cuántica). Se trata de la denominada fuerza de intercambio, sin parangón alguno con las restantes fuerzas conocidas por los físicos del pasado, cuya acción impide que se colapsen las nubes de electrones que rodean el núcleo del átomo.
Gracias a este principio de exclusión enunciado por Pauli se pudo explicar la ordenación de los elementos en el sistema periódico, así como establecer las órbitas de los electrones de todos y cada uno de dichos elementos. Más adelante se descubrió que, además de a los electrones, también podía aplicarse este principio a los protones y neutrones, y, en general, a todas las partículas elementales englobadas dentro del grupo de los fermiones. De ahí que, en su formulación más amplia, el principio de Exclusión se pueda presentar con el siguiente enunciado: dentro de un sistema cerrado, dos fermiones no pueden encontrarse en el mismo estado.
El neutrino
La Física contemporánea estaba perpleja ante un fenómeno de difícil explicación: en la denominada desintegración beta, se había detectado una discrepancia de momentos y energías que se traducía en la emisión o expulsión de electrones por parte del núcleo atómico. La rareza de este fenómeno se cifraba en que, en su propia naturaleza, contradecía el principio de conservación de la energía.
En una brillantísima especulación teórica sobre este fenómeno, Pauli intuyó la existencia de una partícula neutra sumamente ligera, no detectada hasta entonces de un modo experimental, cuya emisión coincidía con la del electrón. Dicha partícula, surgida en el momento de la desintegración beta, se lleva la energía y el momento que faltan; pero, al poseer una masa nula o prácticamente nula, apenas interacciona con la materia, por lo que resulta muy difícil de detectar.
El físico italiano Enrico Fermi (1901-1954), deslumbrado por esta hipótesis de Pauli, abonó la existencia de esta partícula de masa nula o casi nula y la bautizó con el nombre de neutrino. En 1956, el estadounidense Frederick Reines (1918-1998) detectó, por vía experimental, los primeros neutrinos, dando con ello plena validez a la especulación teórica de Pauli. Más adelante, las investigaciones de Lederman (1922- ), Schwaartz (1932- ) y Steinberger (1921- ) pusieron de manifiesto la existencia de varios tipos de neutrinos.
