Selon cette représentation, tout état de spin 1/2 trouve une représentation géométrique (voir figure ci-contre). Selon les règles de la mécanique quantique, l’état quantique représenté par et sont physiquement rigoureusement les http://spin-aurafrance.fr mêmes. Historiquement, le spin a d’abord été interprété par Uhlenbeck et Goudsmit en septembre 1925 UG25 comme étant un moment cinétique intrinsèque, c’est-à-dire comme si la particule ” tournait sur elle-même “.

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Le formalisme mathématique développé pour décrire le spin repose sur la théorie des groupes et les matrices de Pauli, qui représentent concrètement cette grandeur dans l’espace mathématique des états quantiques. La quantification du spin est donc un aspect profondément contre-intuitif mais fondateur de la mécanique quantique, marquant une différence essentielle avec ce que l’on observe à l’échelle macroscopique. 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. Le spin constitue en réalité une propriété intrinsèque, inaliénable, qui n’a aucune correspondance concrète dans notre perception du mouvement d’objets usuels.

Il intervient dans des effets quantiques spectaculaires, tels que l’effet Hall quantique, et influence les propriétés magnétiques et optiques des matériaux. En mécanique quantique, le spin est représenté par un opérateur vectoriel possédant des valeurs propres quantifiées, reliées au comportement des particules sous une rotation. Cette expérience figure parmi les démonstrations clés de la quantification du moment angulaire intrinsèque, limitant tout résultat possible à un nombre fini de valeurs. Les propriétés statistiques qui en découlent déterminent en profondeur la nature des phases de la matière, les lois de la chimie et même le comportement des étoiles. Cette dernière a permis de mettre en évidence que le spin ne prend que des valeurs quantifiées, alors que les orientations classiques d’un moment angulaire sont en théorie continues. Lorsqu’une particule est soumise à un champ magnétique, son spin lui confère un moment magnétique intrinsèque, observable expérimentalement, par exemple dans l’expérience de Stern et Gerlach.

Origine et compréhension du concept de spin en physique quantique

On les appelle des fermions, dont un exemple bien connu est l’électron, qui possède précisément un spin . Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge électrique. Cette propriété induit des phénomènes collectifs remarquables, observés par exemple dans les lasers ou la condensation de Bose-Einstein, où de nombreux bosons « s’assemblent » dans un même état d’énergie. Les électrons, protons et neutrons en sont les exemples types, et c’est cette propriété qui explique la structure en couches des atomes, la stabilité de la matière et la diversité chimique observée dans l’univers. En mécanique quantique, le spin est un opérateur vectoriel hermitien comportant trois composantes, notées usuellement et par référence aux trois axes de coordonnées cartésiennes de l’espace physique.

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Le moment magnétique de spin

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Il est responsable du moment magnétique de spin et donc de l’effet Zeeman anomal (parfois incorrectement appelé anormal) qui en découle. Comme d’autres observables quantiques, sa mesure donne des valeurs discrètes et est soumise au principe d’incertitude. Le spin (/spin/) est, en physique quantique, une propriété interne des particules, au même titre que la masse ou la charge électrique. Où g est un nombre sans dimension, appelé facteur de Landé (1921). Bien que semblant a priori purement mathématique, cette représentation de l’état de spin comme étant une direction dans l’espace possède une certaine pertinence. Le vecteur passant par l’origine et pointant sur la projection du complexe u sur la sphère de Riemann donne une visualisation géométrique de l’état de spin 1/2 comme étant une direction dans l’espace.

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Le spin est le moment cinétique intrinsèque des particules quantiques. Enfin, c’est en théorie quantique des champs que le spin montre son caractère le plus fondamental. En 1928, à partir de l’équation de Klein-Gordon, Paul Dirac démontra qu’une particule ayant un spin non nul vérifie une équation relativiste, appelée aujourd’hui équation de Dirac. Enfin, le moment cinétique intrinsèque (de spin) et le moment magnétique intrinsèque (de spin) sont tous deux confondus sous le terme de « spin ». Il est toutefois souvent assimilé au moment cinétique (voir Le moment cinétique de spin et Précession de Thomas).