Le graviton, hypothétique, serait lui aussi un boson, associé à l’interaction gravitationnelle. Ce nombre, associé à d’autres quantités, permet de prévoir les interactions, la statistique et même le comportement collectif de millions de particules entre elles. 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. 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.

Les nombres quantiques de spin nucléaire sont écrits I pour le spin, et mI ou MI pour la composante sur l’axe-z. Les symboles majuscules sont employés ː S pour le spin électronique total, et mS ou MS pour la composante sur l’axe z. Les nombres quantiques de spin sont définis aussi pour les systèmes de spins couplés, tels que les atomes de plus qu’un électron. Aujourd’hui, on sait que le photon n’a pas de spin au sens classique (pas de référentiel de repos), et que c’est son hélicité qui transporte ce moment cinétique intrinsèque. Cette expérience montre que les photons transfèrent un moment cinétique et donc que le photon transporte un moment cinétique intrinsèque. La découverte, en septembre 1925, du concept de spin de l’électron (au sens d’un moment cinétique intrinsèque d’une particule élémentaire) par Samuel Goudsmit et George Uhlenbeck, fut révolutionnaire.

• 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.
• On ne peut pas comprendre la répartition des atomes, sans qu’il y ait de collisions, par les méthodes actuelles d’interaction par rayonnement ; cette répartition devrait normalement mettre plus de cent ans pour se produite.
• Mais, si on effectuait l’observation dans une direction perpendiculaire, la mesure donnerait un résultat aléatoire ressemblant à du désordre.
• 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.
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Orientation du spin

Pour cela, ils utilisaient un champ magnétique inhomogène dans la direction perpendiculaire à celle du jet des atomes, champ qui produisait une force agissant sur ces atomes. Gerlach réalisèrent une expérience qui permettait, grâce à l’intervention d’un champ magnétique, de dissocier spatialement deux états quantiques des atomes d’argent, sous forme gazeuse, du fait d’une composante opposée de leur moment magnétique. Le faisceau de particules se sépare en deux faisceaux correspondant aux deux orientations du moment magnétique de spin dans le champ (expérience de Stern et Gerlach). C’est précisément ce que l’on observe lorsque l’on fait passer des électrons dans un champ magnétique inhomogène.

Uhlenbeck et Goudsmit sont parvenus à l’idée capitale de l’existence d’une rotation propre et d’un magnétisme propre pour l’électron. (…) Cependant, si l’on cherche maintenant à mesurer (…) dans un plan perpendiculaire au champ magnétique du dispositif expérimental (…) on obtient une succession de nombres au hasard. Cela a pour effet d’orienter les spins parallèlement au champ magnétique (…) Un ordre magnétique s’est établi parmi les spins. On commence par appliquer à l’échantillon pendant une durée suffisante (de l’ordre de la seconde) un fort champ magnétique. Dans le matériau choisi, les spins sont suffisamment éloignés les uns des autres pour que l’on puisse négliger leurs interactions magnétiques mutuelles. Après 8 mois break poker, j’entends par la voix d’un ami l’existence de la SpinFamily, entreprise émergente dans l’univers du staking.

A ce propos, il convient avant tout de remarquer que les atomes ne subissent aucune collision au cours de leur trajet dans le champ magnétique déflecteur – les dernières collisions qu’ils subissent ont lieu dans le creuset lors de la vaporisation. On ne peut pas comprendre la répartition des atomes, sans qu’il y ait de collisions, par les méthodes actuelles d’interaction par rayonnement ; cette répartition devrait normalement mettre plus de cent ans pour se produite. En fait, il est possible d’observer l’intensité du moment magnétique et aussi sa valeur dans une des directions (la projection du moment sur cette direction) mais pas dans les autres directions. Quatrièmement, on devrait pouvoir mesurer le moment magnétique dans toutes les directions. Or ces atomes d’argent, passant dans un champ magnétique, sont déviés. Premièrement, elle porte sur des atomes d’argent, qui n’ont pas de moment orbital et donc pas de moment magnétique atomique, et ne devraient pas interagir avec un champ magnétique.

Si le mot « spin » évoque une rotation, il ne s’agit pas d’un mouvement autour d’un axe, tel qu’on l’entend dans la physique classique à l’échelle macroscopique. Le terme « spin » désigne l’une des notions fondamentales de la physique quantique. Ces flashback se font de moins en moins lointains et permettent, par un recoupement d’informations, de comprendre comment le monde, les personnages et le « Spin » sont devenus ce qu’ils sont dans le présent. Tel est le mécanisme qui, pour ceux qui ont calculé ces choses-là, doit être responsable du ferromagnétisme. Il leur suffit d’un très léger préjugé en plus de chances en faveur de l’orientation opposée.

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L’électron se trouve (comme l’atome) dans des états quantiques propres, correspondant à la conservation d’un moment cinétique propre – le spin – lié à l’existence de propriétés de symétrie dans un espace propre, où varie une variable de spin à l’instar des variables de position dans l’espace ordinaire. Tout se passe comme si l’onde de l’électron, tout en se déployant dans l’espace autour du noyau tourbillonnait sur elle-même en créant un petit aimant. (…) Le rassemblement d’un grand nombre de bosons sur une même onde cohérente peut constituer un phénomène brutal qui se produit soudainement, au-dessus d’un certain seuil de température (généralement très bas) et qui porte le nom de condensation d’Einstein. De plus, l’« esprit grégaire » des bosons fera que, si une telle onde lumineuse tombe sur un atome qui est capable d’émettre un photon de la même couleur que l’onde, celle-ci provoquera l’émission du photon qui viendra se joindre aux autres et augmentera l’intensité de la lumière en maintenant sa cohérence. 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 photon, les bosons W± et Z0 vecteurs de l’interaction faible ont un spin 1.

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C’est exactement l’orientation de ce vecteur qui a été représentée précédemment sur la sphère de Riemann ou de Bloch. Ces deux types de protocoles de mesures donnent le même résultat, d’après le principe ergodique de Gibbs. Si cette valeur est projetée sur une sphère de Riemann, qui permet de représenter l’ensemble des nombres complexes, il est possible d’établir une correspondance entre un état de spin et une direction dans l’espace ordinaire. En mécanique quantique, le moment angulaire de spin (spin) contient également ces informations, mais dans une forme plus subtile. En mécanique classique, le moment angulaire d’une particule possède non seulement une magnitude (vitesse de rotation de la particule), mais également une direction (direction de l’axe de rotation de la particule).

En 1928, Paul Dirac construisit une version quantique et relativiste de l’équation de Schrödinger, appelée aujourd’hui équation de Dirac, qui permet de décrire les fermions de spin 1/2. L’existence du spin fut également suggérée en 1925 par les physiciens américains d’origine néerlandaise Samuel Abraham Goudsmit et George Eugene Uhlenbeck. L’approche développée par Pauli consistait à introduire de façon ad-hoc le spin en ajoutant un postulat supplémentaire aux autres postulats de la mécanique quantique non relativiste (équation de Schrödinger, etc.).

(…) On supprime alors le champ ; l’état ordonné précédemment créé subsiste pendant une certaine durée (par exemple, un dixième de seconde). Son moment magnétique provient en fait du noyau de l’atome et non des électrons, ce qui assure un excellent découplage entre ces spins et les autres degrés de liberté du solide que l’on peut donc oublier. Entre dans la Family, propose des coaching de qualité et fais progresser ton jeu !

Interprétation du spin dans les théories physiques et enjeux contemporains

En mécanique quantique, le spin est représenté par un opérateur vectoriel possédant des valeurs propres quantifiées, reliées au comportement des particules sous une rotation. 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. Le contrôle et la manipulation du spin sont devenus des sujets majeurs dans les sciences physiques et les technologies avancées. La physique quantique, en introduisant la notion de spin, a ainsi offert une clé SpinBoss Casino de compréhension puissante pour expliquer l’extraordinaire variété observée dans la nature. 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. L’organisation de la matière et la dynamique de l’Univers reposent sur l’existence de ces familles de particules définies par leur spin.