2. Le principe d'exclusion
Ses recherches dans le domaine de la théorie atomique, commencées avec sa thèse de doctorat, conduisirent Pauli aux centres les plus actifs d'Europe dans son domaine : pendant l'hiver 1921-1922, il fut l'assistant de Max Born à Göttingen et, après un été à Hambourg, il passa une année à Copenhague sur l'invitation de Niels Bohr. Cette année fut le début d'une profonde amitié avec Bohr. Mais elle marqua aussi le début de son étude de « l'effet Zeeman anomal » qui le conduisit, en janvier 1925, à la formulation du principe d'exclusion qui porte son nom, en réalisant que l'énergie et le moment cinétique orbital ne suffisent pas pour caractériser l'état d'un électron dans l'atome mais que l'électron manifeste « une bivalence non explicable classiquement ».
Cette expression circonspecte n'exprime rien d'autre que l'orientation du spin de l'électron, idée que Pauli n'admit que tardivement, à cause de son contenu non quantique, mais alors tout en ajoutant sa propre marque : d'une part il introduisit en 1927 les « matrices de Pauli » décrivant le spin de l'électron ; d'autre part il dériva, la même année, le « paramagnétisme de Pauli », conséquence conjointe du principe d'exclusion et du spin, appliquée aux électrons d'un conducteur et exprimée par une susceptibilité constante à basse température.
Le rôle que Pauli joua dans l'élaboration de la nouvelle théorie quantique, dont W. Heisenberg avait jeté les bases en 1925, fut en premier lieu celui d'un arbitre clairvoyant et d'un critique impitoyable, ce qui lui valut l'attribut « fouet de Dieu » de la part de son collègue et ami Paul Ehrenfest. Ce rôle est admirablement mis en évidence par la correspondance abondante que Pauli entretint avec ses collègues et surtout avec N. Bohr et W. Heisenberg. Mais Pauli apporta aussi ses propres contributions, dont la plus importante fut sa brillante solution matricielle du problème de l'atome d'hydrogène. En 1933, il résuma l'état de la nouvelle théorie quantique dans un article de revue « Les Principes généraux de la mécanique ondulatoire » qui, en ce qui concerne sa célébrité et sa durabilité, n'est pas moindre que l'article sur la théorie de relativité de 1921.
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