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SPIN

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5.  Spin et interactions électromagnétiques

Les degrés de libertés internes que donne à un quanton son spin lui confèrent une complexité structurale d'autant plus grande que ce spin est élevé. On conçoit donc qu'un quanton possède des propriétés électromagnétiques plus ou moins riches selon la valeur de son spin. On montre qu'un quanton de spin s possède des moments électriques et magnétiques jusqu'à l'ordre 2 s. L'invariance par réflexion d'espace (parité) entraîne de plus que les moments électriques sont nécessairement d'ordre pair : monopôle (charge électrique), quadrupôle, etc., et les moments magnétiques d'ordre impair : dipôle (moment magnétique), octopôle, etc. Ainsi, un quanton de spin 1/2 peut-il porter une charge et un moment magnétique, alors qu'un quanton de spin 1 peut, de plus, présenter un moment quadrupolaire électrique ? Limitons-nous au cas le plus simple et, de toute façon, de plus grand intérêt, puisque c'est celui des électrons, des nucléons, etc., qui sont caractérisés par leur seul moment magnétique M, colinéaire au spin S, dont la valeur est souvent écrite μ = γs, où γ est le « rapport gyromagnétique » ; le rapport gyromagnétique d'un quarton est γ = gq/2m. Cette formule est calquée sur celle de la physique classique : γclass. = q/2m, où q et m sont respectivement la charge et la masse du corps chargé en rotation.

Dans le cas d'un quanton assujetti aux seules interactions électromagnétiques, son moment magnétique peut être calculé à partir de son équation d'onde, où le champ magnétique est introduit par le procédé de couplage minimal (ou invariance de jauge). C'est ainsi que Dirac put démontrer qu'un quanton de spin 1/2 possède un moment magnétique μ1/2 = qℏ/2m, puisque son spin vaut s = 1/2, soit un rapport gyromagnétique « anormal » γ1/2 = q/m (g1/2 = 2). De façon plus générale, pour des spins plus élevés, et malgré certaines difficultés non résolues de la théorie des équations d'onde dès que le spin s est supérieur à 1, il semble que le moment magnétique intrinsèque prenne toujours la vale […]

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PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions

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PAULI WOLFGANG (1900-1958)

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Dans le chapitre "Le principe d'exclusion"  : …  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… Lire la suite
PROTON

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QUANTIQUE PHYSIQUE

Écrit par :  Claude de CALAN

Dans le chapitre "Quelques expériences cruciales"  : …  même). Ce moment angulaire intrinsèque des atomes et des particules recevra plus tard le nom de *spin (cf. spin). Mais au lieu de trouver toutes les déviations possibles, selon l'angle que fait chaque toupie avec le champ magnétique, on ne trouve qu'un nombre fini de jets étroits à la sortie, quelle que soit l'orientation du… Lire la suite
RÉSONANCE MAGNÉTIQUE

Écrit par :  Jacques COURTIEUMaurice GOLDMAN

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Écrit par :  Viorel SERGIESCO

… *Égalité entre la fréquence ν de l'agent excitateur et l'une des fréquences propres ν0 du système oscillant excité, et caractérisée principalement par un maximum de la réponse du système en fonction de la fréquence excitatrice. La résonance existe dans de nombreux domaines de la physique et on peut en étudier quelques aspects particuliers… Lire la suite
SPECTROSCOPIE

Écrit par :  Michel de SAINT SIMON

Dans le chapitre " Spectroscopie atomique"  : …   nF à 3D (n ≥ 4)... La combinaison du moment angulaire orbital l avec le *spin s de l'électron optique subdivise ces niveaux en sous-niveaux d'énergies très voisines, responsables de la structure fine de l'atome. Le moment angulaire résultant conduit à un terme dit de spin-orbite et à l'apparition d'un nouveau… Lire la suite
SPIN DU PROTON

Écrit par :  Bernard PIRE

Dans le chapitre "Le spin du proton"  : …  simple d'un cylindre ou d'une sphère). La théorie quantique a montré que toute particule possède un *moment angulaire intrinsèque (appelé spin, du verbe anglais signifiant tourner) qui ne peut prendre que les valeurs discrètes 0, h/4π, h/2π, 3h/4π..., où h est la constante de Planck (cette constante relie… Lire la suite
SYMÉTRIES, physique

Écrit par :  Bernard PIRE

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ZEEMAN EFFET

Écrit par :  Jean MARGERIE

Dans le chapitre "Influence du spin nucléaire"  : …  Soit maintenant un isotope de *spin nucléaire non nul (cf. chap. 2, Généralités). On est amené à distinguer quatre domaines de champ magnétique. En champ très faible, les moments cinétiques électroniques J⃗ et nucléaire I⃗ sont couplés pour donner une résultante F⃗. L'effet Zeeman est linéaire, chaque sous-niveau hyperfin F se décomposant… Lire la suite

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