4. Spin et statistique
En 1934, l'année de son mariage avec Franca Bertram, son épouse dévouée pour le reste de sa vie, Pauli obtint, en collaboration avec son assistant V. Weisskopf, le résultat indiquant que des particules chargées à spin zéro admettaient des antiparticules de charge opposée. Ce résultat, parfaitement analogue au cas de l'électron et de son antiparticule le positon, découvert en 1932, est intéressant par le fait qu'il s'applique immédiatement aux mésons pi découverts un peu plus tard.
Pauli et V. Weisskopf remarquèrent aussi que leur théorie n'était compatible qu'avec la « statistique de Bose-Einstein » des états symétriques, mais point avec celle de « Fermi-Dirac » du principe d'exclusion. Ce fut la première indication de la relation entre spin et statistique que Pauli démontra en toute généralité en 1940 et qui stipule qu'une particule obéit à la statistique de Bose-Einstein ou de Fermi-Dirac suivant que la valeur de son spin est entière ou demi-entière. Plus tard, il généralisa la symétrie particule-antiparticule (C) en le théorème CPT, symétrie abstraite combinant C avec la parité P et le renversement du temps T.
Le travail sur spin et statistique fut achevé à l'Institute for Advanced Study à Princeton, aux États-Unis où Pauli venait de rejoindre Einstein en 1940 pour échapper au nazisme menaçant la Suisse. Il apprit là sa nomination au prix Nobel de 1945 ; en décembre, au cours du dîner qui célébrait cette distinction, Albert Einstein prit la parole pour désigner Pauli comme son successeur et son fils spirituel ; ce fut aussi une réunion d'adieu car, lors de son voyage en Europe en 1946, Pauli se décida à reprendre son poste à Zurich laissé vacant pendant la guerre.
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