spin. n.m. PHYSIQUE : grandeur quantique associée au moment cinétique

spin. n.m. PHYSIQUE : grandeur quantique associée au moment cinétique de la rotation d'une particule élémentaire autour de son axe propre. En 1925, les physiciens néerlandais George Uhlenbeck et Samuel Goudsmit, pour rendre compte de certaines observations spectroscopiques relatives aux atomes, furent amenés à considérer que les électrons entrant dans leur constitution n'étaient pas doués seulement d'un mouvement orbital de rotation autour du noyau, mais se comportaient comme s'ils possédaient également un mouvement de rotation autour de leur axe propre. Ils introduisaient ainsi en physique la notion de spin, qui fut très vite généralisée à l'ensemble des particules. À ce mouvement possible de rotation des particules sur ellesmêmes correspond une grandeur vectorielle appelée moment cinétique de spin, dont l'expression numérique, désignée habituellement par le symbole S, est donnée par la formule : S = ä s (s + 1) · h/2 Y. Dans cette formule, h représente la constante universelle de la théorie des quanta, ou constante de Planck (signalons que, dans le système international d'unités, h a pour valeur 6,625.10 -34 J.s) ; s est un nombre, dit nombre quantique de spin, qui peut être soit un entier nul ou positif, soit un « demi-entier ». Dans le cas de l'électron, s est égal à 1/2, et, en se reportant à l'expression de S et en prenant comme unité h/2 Y, on voit que la grandeur du moment cinétique de spin, dans le cas de l'électron, est égale à ä (3/2). Ce vecteur ne peut prendre, par rapport à une direction privilégiée de l'espace, telle que l'impose, par exemple, un champ magnétique extérieur, que certaines orientations bien déterminées et ici au nombre de deux. Ces orientations sont telles que les projections du vecteur « moment cinétique de spin » sur la direction du champ magnétique ne peuvent être égales, en unités h/2 Y, qu'à + 1/2 ou - 1/2. On désigne souvent ces valeurs par le symbole m s , appelé alors nombre quantique magnétique de spin ; m s , dans le cas de l'électron, peut donc avoir pour valeur + 1/2 ou - 1/2. (Parfois, en simplifiant, on dit que le nombre de spin peut, pour l'électron, être égal à + 1/2 ou - 1/2.) Pour le neutron et le proton, par exemple, ainsi que pour leurs antiparticules, s est, comme dans le cas de l'électron, égal à 1/2. On est conduit à attribuer au photon un nombre s égal à 1. Pour certaines particules, s est égal à zéro : particules de spin nul. Dans le cas des atomes à plusieurs électrons (atomes différents de celui de l'hydrogène), les moments cinétiques de spin individuels se composent pour donner un moment cinétique résultant, auquel correspond un nombre global de spin s. On notera que s ne peut prendre que des valeurs entières (ou nulles) dans les systèmes à nombre d'électrons pair, et des valeurs demi-entières dans les systèmes à nombre d'électrons impair. Le spin nucléaire est une grandeur correspondant à la somme vectorielle du moment cinétique orbital de chacun des nucléons d'un noyau atomique et de leurs spins individuels. Le spin isotopique est une grandeur physique introduite pour exprimer le fait que certaines particules de masses voisines et présentant certaines propriétés comparables (par exemple le neutron et le proton) peuvent être considérées comme correspondant à deux états différents d'une même particule, par exemple le nucléon dans le cas du proton et du neutron. (Le nucléon a un nombre de spin isotopique égal à 1/2. On peut considérer, par analogie avec le spin proprement dit, que le proton correspond à la matérialisation d'un état selon lequel la « projection » de ce spin isotopique est égale à + 1/2, cette projection étant égale à - 1/2 dans le cas du neutron. La charge électrique positive du proton et la charge nulle du neutron résulteraient ainsi de l'orientation opposée du spin isotopique.) Le spin unitaire est une grandeur introduite en physique pour rendre compte des symétries existant entre des particules d'identités différentes, mais qui peuvent être ainsi considérées comme des états divers d'une même particule. On peut rapprocher cette notion de celle de spin isotopique. Par exemple, le proton et une particule appelée sigma+ ( S +) constituent deux représentants physiques d'une même entité physique à laquelle correspondrait un nombre dit de spin unitaire, obéissant au formalisme des nombres quantiques qui serait ici égal à 1/2. Le proton correspondrait à une « projection » égale à + 1/2 du spin unitaire ; {+ correspondrait à la projection - 1/2. Voir aussi particule. Complétez votre recherche en consultant : Les corrélats antiparticule atome - Les électrons - Structure en couches et nombres quantiques atome - Un long parcours scientifique particule - 2.PHYSIQUE