SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

La connexion spin-statistique

Il existe une relation capitale entre le caractère entier ou demi-entier du spin des quantons d'une certaine espèce – ou de leur hélicité, dans le cas d'une masse nulle – et leur comportement collectif. On sait, en effet, que l'invariance par permutation d'un système composé de quantons identiques conduit à une dichotomie cruciale. On a, d'une part, les systèmes dont les états sont « totalement symétriques », c'est-à-dire invariants par toute permutation. Les quantons correspondants sont appelés bosons, car ils obéissent, en physique statistique, à la statistique de Bose-Einstein, qui conduit à des comportements « grégaristes ». D'autre part, il y a les systèmes dont les états sont « totalement antisymétriques », c'est-à-dire qu'ils changent ou non de signe sous une permutation respectivement impaire ou paire. Ces quantons sont appelés fermions, car ils obéissent à la statistique de Fermi-Dirac, qui conduit à des comportements « individualistes » – ce qu'exprime le principe de l'exclusion de Pauli qui régit les fermions. Il existe la correspondance suivante, universellement valide :

fermions ↔ spin demi-entier, bosons ↔ spin entier. Cette connexion est d'abord un fait d'observation, sans aucune exception : ainsi les électrons et les nucléons (spin 1/2) sont des fermions ; les photons (« spin » 1) et les mésons (spins 0, 1, 2, ...) sont des bosons. Bien que baptisée « connexion spin-statistique », elle concerne le comportement collectif des quantons, même s'ils sont en petit nombre (au moins deux...) et ne peuvent être décrits de façon statistique à proprement parler. Elle établit, en fait, une liaison entre une propriété individuelle, qui est la valeur du spin de chaque quanton, et une propriété collective, qui est la « permutabilité » paire ou impaire de l'état de plusieurs quantons.

C'est Fierz, en 1939, puis Pauli, en 1940, qui ont été les premiers à établir la nécessité théorique d'une telle connexion dans le cadre de la théorie quantique relativiste des champs. La démonstration de ce qui est donc maintenant un véritable théorème a [...]

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 9 pages

Écrit par :

Classification

Autres références

«  SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE  » est également traité dans :

ATOME

  • Écrit par 
  • José LEITE LOPES
  •  • 9 238 mots
  •  • 15 médias

Dans le chapitre « Atomes et forces atomiques »  : […] Tous les atomes et molécules neutres, suffisamment éloignés l'un de l'autre, s'attirent avec une force dont l'énergie potentielle varie comme l'inverse de la sixième puissance de la distance mutuelle. Ce sont les forces d'attraction de Van der Waals , responsables de la cohésion des atomes des liquides ou des gaz rares solidifiés, par exemple dans les cristaux moléculaires d'hydrogène solide. Ces […] Lire la suite

ATOMIQUE PHYSIQUE

  • Écrit par 
  • Philippe BOUYER, 
  • Georges LÉVI
  •  • 6 703 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Effets de structure hyperfine »  : […] En 1924, Wolfgang Pauli suggéra que les noyaux des atomes possédaient un moment cinétique intrinsèque auquel était associé un moment magnétique et qu'une structure pouvait provenir de l'interaction entre ce moment magnétique intrinsèque et le champ magnétique produit par les électrons au niveau du noyau. La mesure de l'éclatement des niveaux produit par ces effets hyperfins magnétiques a été d'u […] Lire la suite

BELL INÉGALITÉ DE ou THÉORÈME DE BELL

  • Écrit par 
  • Bernard CAGNAC
  •  • 1 184 mots

Formule de mécanique quantique reliant les probabilités de certains phénomènes particulaires, l'inégalité de Bell joue un rôle extrêmement important dans le débat sur l'interprétation de la mécanique quantique. Trouvée en 1964, elle a montré qu'il existait des expériences particulières où les prédictions de la mécanique quantique usuelle (dite de l'école de Copenhague) et celles des théories à v […] Lire la suite

CHAMPS THÉORIE DES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 4 478 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « Champs bosoniques et champs fermioniques »  : […] Le photon est l'exemple type de champ quantique appelé boson , du nom du physicien indien Satyendranath Bose (1894-1974), co-découvreur avec Albert Einstein des lois décrivant le comportement statistique d'ensemble de champs quantiques de moment angulaire intrinsèque multiple de h /2π. L'électron est quant à lui un fermion , car les ensembles de particule de moment angulaire intrinsèque multiple […] Lire la suite

CHIMIE THÉORIQUE

  • Écrit par 
  • Lionel SALEM, 
  • François VOLATRON
  •  • 4 284 mots
  •  • 10 médias

Dans le chapitre « Le paramagnétisme de la molécule d'oxygène »  : […] En très grande majorité, les molécules sont neutres au point de vue magnétique. Placées dans un champ magnétique externe, elles développent seulement un petit moment magnétique induit qui s'oppose à la direction du champ. Cependant, certaines molécules se comportent comme de véritables petits aimants : elles possèdent un moment magnétique permanent. C'est le cas de la molécule d'oxygène O 2  : un […] Lire la suite

FORME

  • Écrit par 
  • Jean PETITOT
  •  • 27 547 mots

Dans le chapitre « Phénomènes critiques »  : […] Lorsqu'on passe de l'optique à la physique des substrats matériels, ces quatre types de considérations peuvent être considérablement généralisés et confirmés. Ils constituent une part essentielle de la physique actuelle. Considérons par exemple un phénomène critique comme un phénomène de transition de phase. C'est un cas élémentaire d'auto-organisation de la matière puisque, à la traversée d'une v […] Lire la suite

GRAPHÈNE

  • Écrit par 
  • Jean-Marc BERROIR, 
  • Bernard PLAÇAIS
  •  • 1 892 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « Des électrons sans masse pour l'électronique de demain ? »  : […] Les propriétés électroniques du graphène sont, elles aussi, exceptionnelles et prometteuses d'applications. Le graphène n'est ni un métal, ni un semiconducteur. À l'état non dopé, il ne possède pas, à basse température, de porteurs de charge libres de se mouvoir sous l'action d'un champ électrique. Des porteurs mobiles, électrons de charge négative ou trous de charge positive, peuvent cependant ê […] Lire la suite

HYPERSONS

  • Écrit par 
  • Pierre TOURNOIS
  •  • 2 749 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Interaction avec les ondes de spin »  : […] Les ondes de spin proviennent de la propagation d'une oscillation du vecteur aimantation dans les matériaux magnétiques. Le matériau est alors déformé par magnétostriction. Il en résulte un fort couplage entre les ondes de spin et les ondes élastiques. La vitesse d'une onde de spin de fréquence donnée varie avec un champ magnétique extérieur, ce qui permet de réaliser les lignes à retard variable […] Lire la suite

LIAISONS CHIMIQUES - Liaison et classification

  • Écrit par 
  • André JULG
  •  • 8 330 mots
  •  • 7 médias

Dans le chapitre « La molécule d'hydrogène »  : […] La molécule H 2 est la plus simple des molécules neutres puisqu'elle résulte de l'union de deux atomes d'hydrogène. Malheureusement, l'équation de Schrödinger correspondante n'est pas intégrable, aussi des solutions approchées doivent-elles être recherchées. La première tentative fut celle de Heitler et London. Ces auteurs supposèrent que les électrons (1 et 2) utilisent les orbitales 1  s nommé […] Lire la suite

MAGNÉTISME

  • Écrit par 
  • Damien GIGNOUX, 
  • Étienne de LACHEISSERIE, 
  • Louis NÉEL
  •  • 15 766 mots
  •  • 11 médias

Dans le chapitre « Le moment magnétique atomique ou ionique »  : […] La mécanique quantique nous apprend que, le plus souvent, le moment cinétique total d'un atome ou d'un ion libre est la somme vectorielle ℏ J du moment cinétique orbital ℏ L des électrons, provenant de leur mouvement autour du noyau, et de leur moment cinétique de spin ℏ S , provenant de leur rotation sur eux-mêmes : h  = 2π ℏ est la constante de Planck tandis que J , L et S sont caractéris […] Lire la suite

Voir aussi

Pour citer l’article

Jean-Marc LÉVY-LEBLOND, « SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 14 avril 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/spin/