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ContentOrientation du spinQu’est-ce que le spin ? Un phénomène qui ne peut s’interpréter de manière classique et qui décrit le vide quantiqueOrigine et compréhension du concept de spin en physique quantiqueDifférences fondamentales entre fermions et bosons Cette double interaction est équivalente à une interaction tendant à aligner les deux électrons « magnétiques ». Les spins des…

Cette double interaction est équivalente à une interaction tendant à aligner les deux électrons « magnétiques ». Les spins des électrons libres ont une tendance phénoménale à se compenser en s’orientant dans des directions opposées. En fait, telle est l’explication de l’absence de magnétisme dans la plupart des substances ! C’est uniquement en raison du principe d’exclusion que les électrons ont une tendance à orienter leurs spins en sens opposés. Donc, s’il y a une région de l’espace entre les atomes où les électrons tendent à s’associer (comme dans une liaison chimique), et si nous voulons introduire un autre électron par-dessus un électron déjà là, la seule façon de le faire est que le spin du second soit orienté dans le sens opposé au spin du premier.

• (…) Il devenait évident que tout le magnétisme de l’atome n’a pas son origine dans le mouvement orbital des électrons (…) MM.
• Dans le matériau choisi, les spins sont suffisamment éloignés les uns des autres pour que l’on puisse négliger leurs interactions magnétiques mutuelles.
• Les particules matérielles, qu’elles soient électriquement chargées comme l’électron ou le proton ou neutre comme le neutron, possèdent un champ magnétique qui correspond à un moment de rotation.

Orientation du spin

Nous savons que l’énergie d’orientation d’un dipôle magnétique dans un champ extérieur est l’opposé du produit vectoriel du champ et du moment magnétique, mais l’énergie des électrons tournant dépend aussi de l’alignement des spins voisins. (…) Le nombre entier m, nombre quantique magnétique provient de ce que le moment cinétique orbital (de l’atome) se manifeste par l’existence d’un petit aimant (…) si on effectue la mesure selon la direction du champ magnétique utilisé pour l’observation. L’enjeu contemporain autour du spin ne se limite pas à ses applications technologiques, il touche aussi à la compréhension des lois les plus profondes régissant la nature. Ce moment cinétique intrinsèque ne dépend ni de l’état de mouvement de la particule ni de son environnement, il en est tout simplement une caractéristique fondamentale, tout comme sa masse ou sa charge électrique. En d’autres termes, la tendance à rendre les spins parallèles est le résultat d’un intermédiaire tendant, dans une certaine mesure, à être opposé aux deux. On pense que le spin vers le haut de l’un des électrons d’une couche interne, responsable du magnétisme, tend à orienter dans le sens contraire les spins des électrons de conduction qui se déplacent à la périphérie.

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La genèse du concept de spin, aux alentours des années 1920, fut l’une des plus difficiles de l’histoire de la physique quantique. La manipulation des spins nucléaires par des champs radiofréquences conduit au phénomène de résonance magnétique nucléaire utilisé dans la spectroscopie RMN et l’imagerie médicale (IRM). Fermions et bosons se comportent différemment dans des systèmes comprenant plusieurs particules identiques ; le fait que l’électron soit un fermion est la cause du principe d’exclusion de Pauli ainsi que des irrégularités du tableau périodique des éléments. Le spin a d’importantes implications théoriques et pratiques, il influence pratiquement tout le monde physique.

Qu’est-ce que le spin ? Un phénomène qui ne peut s’interpréter de manière classique et qui décrit le vide quantique

Depuis que ceci fut formulé – vers 1927, époque où la mécanique quantique commença d’être comprise – bien des gens ont fait de nombreuses estimations et de nombreux semi-calculs, pour essayer de prévoir théoriquement la valeur du facteur reliant l’aimantation moyenne et l’énergie de spin… Obtenir que les spins soient parallèles est contraire aux lois (pas de direction privilégiée de l’espace), à moins que les électrons ne se maintiennent éloignés les uns des autres. Il existe en mécanique quantique un principe, que l’on appelle principe d’exclusion, selon lequel deux électrons ne peuvent occuper exactement le même état, ne peuvent exister exactement dans les mêmes conditions de position et d’orientation de spin.

Ces quantons virtuels repoussés par la particule auraient un tel mouvement de rotation soit dans un sens soit dans l’autre, ce qui donnerait les spins up et down. MacGregor, dans son livre, The Enigmatic Electron, montre qu’il faut tenir compte de la variation relativiste de la masse avec la vitesse de rotation. Le calcul est plus compliqué que pour le photon car l’électron possède une masse au repos non nulle. Le photon peut donc être modélisé comme un anneau en rotation de masse hν / c2 en accord avec son spin un. Historiquement, le spin a d’abord été interprété par Uhlenbeck et Goudsmit en septembre 1925 comme étant un moment cinétique intrinsèque, c’est-à-dire comme si la particule « tournait sur elle-même ».

Par exemple, s’ils sont au même point, la seule possibilité est d’avoir leurs spins opposés. L’électron a un spin un demi et transporte du coup un magnéton de Bohr de moment magnétique égal à un demi de la charge de l’électron fois h barre divisé par la masse de l’électron. « La théorie générale du ferromagnétisme que nous allons utiliser suppose que le spin de l’électron est responsable de l’aimantation.

Ici R représente le moment cinétique de l’atome restant – c’est-à-dire de l’atome sans l’électron de valence – K le moment cinétique de l’électron de valence, J leur résultante et m la projection de J sur la direction du champ magnétique extérieur, toutes grandeurs exprimées dans les unités spinbossfrance.net quantiques usuelles. Dans la mesure où l’on peut négliger l’émission et l’absorption de rayonnement, ainsi que les collisions et les autres effets du même type, les atomes effectuent dans le champ magnétique un mouvement de précession (rotation de Larmor) autour de la direction du champ. Commençons déjà par nous demander comment, en général, des atomes magnétiques modifient leur orientation sous l’influence d’un champ magnétique. Gerlach ont envoyé un jet d’atomes d’argent sous forme gazeuse à travers un champ magnétique en vue d’établir si les atomes possèdent un moment magnétique et – si oui – quelle est son orientation lors de la traversée du champ magnétique. Ce petit aimant ne peut prendre que deux orientations par rapport à un champ magnétique, dans la direction du champ ou à sens contraire, selon les valeurs de m.

Qu’est-ce que l’expérience de Stern et Gerlach et quelles conclusions en tirer ?

Par contre, la particule élémentaire est conçue comme ponctuelle et on ne voit pas ce qui peut bien tourner. (…) Si on observe une valeur constante selon une direction de projection, elles sont au hasard selon une direction perpendiculaire. Tout se passe comme si la mécanique quantique exprimait les figures d’ordre d’un désordre microphysique. L’interprétation probabiliste de la mécanique quantique est imposée par des phénomènes microscopiques observables à caractère aléatoire.

Différences fondamentales entre fermions et bosons

Aux basses températures, la différence explique que seuls les bosons puissent former un condensat de Bose-Einstein. Le spin (/spin/) est, en physique quantique, une propriété interne des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique. La compréhension du spin et de ses applications, notamment dans des domaines comme la spintronique, ouvre la voie à des innovations majeures en physique et en technologies de l’information. Les récentes avancées technologiques permettent désormais de manipuler et de mesurer individuellement le spin de particules uniques, ouvrant des perspectives inédites pour la technologie et la recherche fondamentale. Dans la formulation relativiste, notamment à travers l’équation de Dirac pour l’électron, le spin est interprété comme une conséquence de la symétrie de l’espace-temps décrite par la théorie de la relativité restreinte.

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