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.

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 Spin Boss 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.

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.

Une école de poker

• 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.
• Historiquement, le spin a d’abord été interprété par Samuel Goudsmit et George Uhlenbeck en septembre 1925 comme étant un moment cinétique intrinsèque, c’est-à-dire dû à une rotation de la particule sur elle-même.
• Au contraire, les bosons sont grégaires ; non seulement ils peuvent coexister dans un même état, mais ils s’y agglutinent en s’y attirant mutuellement et ils peuvent s’accumuler en nombre dans un même état, portés par une même onde, contrairement aux électrons.
• Le développement de mémoires magnétiques non volatiles, telle que la MRAM, et l’amélioration de la densité et de la vitesse des mémoires informatiques, reposent sur le contrôle de l’orientation du spin dans des matériaux.
• C’est précisément ce que l’on observe lorsque l’on fait passer des électrons dans un champ magnétique inhomogène.
• Le spin a des conséquences fondamentales en physique quantique puisqu’il détermine le comportement des particules.

De même, on peut définir un nombre magnétique quantique de spin m pour la projection du moment propre sur une droite arbitraire. Ceci se traduit naturellement par l’existence d’un nombre quantique, le nombre quantique de spin s, qui permet de calculer le moment cinétique propre selon une formule analogue à celle du moment cinétique orbital. A son état dynamique lié à l’existence de l’atome, l’électron jouit d’un état dynamique propre. Le moment cinétique dépend de la répartition des masses par rapport au centre ou à la droite autour desquels le corps tourne. Le moment de la quantité de mouvement est un concept fondamental en physique quantique de l’atome. Alors, au lieu d’être déviées par les collisions, elles pourront se traverser mutuellement, comme se traversent les ondes, sans se gêner les unes les autres et elles poursuivront leur route sans avoir subi de choc véritable.

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

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.

Signification physique du vecteur d’orientation du spin

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 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.

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 ».

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.

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.