SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE

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On appelle « spin » le moment angulaire ou cinétique intrinsèque des particules quantiques ou quantons. Ce terme anglais évoque le mouvement de rotation propre que peuvent posséder les objets physiques, telles les planètes ou les balles de tennis, qui tournent sur eux-mêmes tout en décrivant leurs trajectoires. Il est caractérisé par une grandeur physique adéquate, appelée le moment angulaire intrinsèque ; celle-ci a un double rôle : d'une part, elle caractérise un mouvement propre de l'objet, un « degré de liberté » autonome ; d'autre part, elle entre dans l'évaluation du moment angulaire total du système physique dont fait partie l'objet considéré, moment angulaire total qui obéit à l'une de ces importantes et précieuses lois de conservation cinématiques gouvernant tout phénomène physique. Cette loi de conservation du moment angulaire est intimement associée à l'invariance des lois physiques par rotation.

Dans le cadre de la théorie quantique, l'idée géométrique et mécanique de mouvement de rotation propre perd sa signification intuitive, mais la notion de moment angulaire intrinsèque garde sa validité et son double rôle.

Le spin est donc un moment angulaire quantique, et, comme tel, il est soumis aux règles spécifiques qui régissent cette grandeur par suite de l'incompatibilité (non-commutativité) de ses composantes. Ainsi, le module du vecteur spin, c'est-à-dire sa longueur, prend-elle une valeur s(s + 1)ℏ, où ℏ est la constante quantique (ℏ = h/2π, où h est la constante de Planck) et s est un nombre entier (0, 1, 2, ...) ou demi-entier (1/2, 3/2, ...) ; on dira alors couramment par abus de langage que le spin « vaut s ». L'incompatibilité des composantes ne permet ensuite d'en spécifier qu'une à la fois. Les valeurs possibles de celle-ci sont quantifiées, discrètes, et de la forme mℏ, où m est l'une des (2s + 1) valeurs − s, − s + 1, ..., s − 1, s. On peut dire qu'un spin s est susceptible de prendre (2s + 1) « orientations » possibles – en comprenant bien que ce mot ne se réfère ici qu'à la projection du vecteur spin s [...]


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Pour citer l’article

Jean-Marc LÉVY-LEBLOND, « SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 18 septembre 2020. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/spin/