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Le spin?

  1. Condensat_B-E

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    Repentigny
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    Le spin?

    Bienvenue à tous,

    J'apprécierai que l'on m'explique qu'est-ce que le spin. Outre le fait que le spin soit un moment cinétique propre à une particule (ce qui ne m'aide pas plus qu'il le faut), j'aimerai savoir ce que le spin est vraiment.

    Est-ce une rotation de la particule sur elle-même?

    Pourquoi ne peut-il y avoir que des demies ou des spins entiers? Spin 0, ca existe?

    Tous les fermions ont-ils des spins?

    Un boson, je pensais que c'était une particule de spin entier, or le boson de Higgs (encore jamais observé) aurait un spin 0.

    Le spin a-t-il des impacts, est-il le responsable de certains phénomènes?

    -----

     


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  2. Condensat_B-E

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    Repentigny
    Messages
    160

    Re : Le spin?

    J'oubliais de dire merci à tous à l'avance.
     

  3. mtheory

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    Clermont Ferrand
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    Re : Le spin?

    Est-ce une rotation de la particule sur elle-même?
    C'est ce que certaines personnes pensaient au début mais il faudrait alors qu'il tourne sur lui même beaucoup plus vite que la lumière!!
    C'est un des arguments contre une telle interprétation.
    En fait c'est un effets quantique et relativiste lié aux rotations dans l'espace-temps(pour faire simple).

    Pourquoi ne peut-il y avoir que des demies ou des spins entiers? Spin 0, ca existe?
    Cela semble profondément lié à la structure quantique et relativiste des champs de particules.C'est technique malheureusement!
    Le pion est un boson de spin 0 ,observé depuis des dizaines d'années dans le rayonnement cosmique et en accélérateur.

    Tous les fermions ont-ils des spins?
    Oui ex protons,quarks,électrons


    Le spin a-t-il des impacts, est-il le responsable de certains phénomènes?
    Son role est central pour la chimie et les propriétées magnétiques des solides par ex.
    Sans le principe de Pauli et la nature fermionique des électrons il n'y aurait pas différents types d'atomes avec différentes propriétés physico chimique
     

  4. humanino

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    superplace
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    4 314

    Re : Le spin?

    Le spin est lie aux symetries de l'espace temps. Il se trouve que le groupe des rotations ordinaires est deja bien plus complique que dans notre apprehension directe : une rotation de 360 degres n'est pas en general equivalente a pas de rotation ! Il faut 2*360 degres. Cela est lies a une propriete topologique.

    Represente une rotation par un vecteur dirigeant l'axe, et dont la logueur est proportionnelle a l'angle de rotation. Le groupe des rotations est une boule de rayon pi dont les points diametralement opposes sur la sphere sont identifies. Fait une pause pour te representer mentalement cette boule, avec l'identification sur la sphere.

    ...

    OK. Maintenant, considere deux chemins dans cette boule : tu ne peux deformer l'un en l'autre que si leur nombre de points d'intersections avec la sphere ont la meme parite (egaux modulo 2)

    Si tu as compris cela, tu viens de te rapprocher enormenent de la raison profonde pour le spin.
    Dernière modification par humanino ; 13/09/2004 à 00h22.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"
     

  5. Condensat_B-E

    Date d'inscription
    août 2004
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    Repentigny
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    160

    Re : Le spin?

    Bien franchement, j'ai pas compris, en commençant par la première partie:

    «Represente une rotation par un vecteur dirigeant l'axe, et dont la logueur est proportionnelle a l'angle de rotation. Le groupe des rotations est une boule de rayon pi dont les points diametralement opposes sur la sphere sont identifies. Fait une pause pour te representer mentalement cette boule, avec l'identification sur la sphere.»

    Est-ce la grammaire qui m'embrouille à ce point...

    SVP, peut-tu être un peu plus clair - remarque, il y a peut-être juste moi qui ne comprend pas cela sur le forum- je suis sûr que ça vaut la peine d'être compris pour évoluer dans ma conception du spin.

    Merci
     


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  6. humanino

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    superplace
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    37
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    4 314

    Re : Le spin?

    Ma grammaire laisserait donc a desirer... Cela est peut-etre du a la criante abscence d'accent dans mon texte. Je vous presente mes excuses, il faudrait pas mal d'efforts de ma part pour combler ce vide : je suis aux US, et le clavier est americain. De plus, je suis une quiche et je n'ai pas defini de raccourci clavier...

    Pardon. Je vais reprendre. Pour definir une rotation ordinaire dans l'espace a 3 dimensions qui nous entoure, il te faut un axe et un angle. Il est necessaire d'orienter l'axe, faute de quoi il y a une ambiguite : tu peux tourner dans un sens ou dans l'autre. Tu prend donc pour definir cet axe une direction en un sens, c'est a dire un vecteur dont la longueur est arbitraire. Mais ca nous arrange bien qu'elle soit arbitraire : posons-la egale a l'angle entre 0 et pi !

    (s'il fallait aller au-dela de pi entre pi et 2pi, il suffit d'orienter l'axe dans l'autre sens. En particulier je ne veux pas qu'il y ait d'ambiguite : il n'y a pas de longueur entre -pi et 0 !)

    A ce point nous avons represente n'importe quelle rotation ordinaire par un vecteur de longueur comprise entre 0 et pi. Nous allons decouvrir une propriete topologique du groupe des rotations grace a cette representation. Cette representation consiste en une boule de rayon pi : le centre de la boule est l'identite (rotationd'angle 0), et n'importe quel point de la boule definit un vecteur de longueur entre 0 et pi. Il y a juste un probleme : il faut identifier les points diametralement opposes sur la sphere.

    Petite digression sur les identifications topologique. Ceci est familier aux utilisateurs de jeux videos : quand le personnage atteint l'extremite droite de l'ecran, il rerentre par la gauche : l'ecran est un rectangle dont les cotes opposes sont identifies. Tu peux aussi identifier le haut et le bas de l'ecran.

    Ici supposons que nous contemplons notre boule : le pole nord represente une rotation de pi autour de la verticale orientee vers le haut. Ceci est equivalent a une rotation de moins pi autour de la verticale orientee vers le bas. Tu vois facilement que cette derniere rotation, est represente par le pole sud. Ceci est valable pour tous les points sur "l'extremite" de la boule, qui est la sphere (la sphere est creuse ! La boule est pleine. La sphere est une surface a 2 dim, la boule est un volume.)

    Voila nous avons bien progresse je crois. Mais il reste une partie difficile : ces histoires de chemins et d'equivalences de rotations. Le probleme est de savoir si l'on peut continuement "deformer" une rotation en une autre. C'est un probleme de topologie non-trivial. Il se trouve que, contrairement a ce que nous dit notre intuition, une rotation de 2pi n'est pas equivalente en general a pas de rotation !!! C'est profondement incomprehesible de prime abord. Il faut une rotation de 4pi.

    Considere un chemin ferme, une boucle, un "lacet", dans la boule, qui n'atteint pas la sphere. Pas de probleme, tu peux continuement deformer ce chemin ferme en un point.

    Maintenant, parcourons un autre chemin ferme : partons du centre (l'identite) et deplacons nous vers le haut, en direction du pole nord. Arrive au pole nord, nous sommes aussi au pole sud par l'identification sur la sphere, et nous continuons tranquilement notre chemin vers le haut sans nous rendre compte de rien, sauf que surprise : nous revenons au point de depart : nous avons accompli un chemin ferme. Ce chemin n'a qu'un seul point d'intersection avec la sphere : le pole nord=le pole sud. Comme tu vois, il n'est pas possible de deformer continuement ce chemin ferme en un point. Il existe deux classes de chemins fermes dans cette boule avec identification sur la sphere.

    Si un chemin ferme a 2 points d'intersection avec la sphere, tu peux les "annihiler" l'un l'autre, et reduire le chemin a zero. Bien entendu, tu "vois" quatre points d'intersection. Mais il sont identifies deux a deux : n'importe quel deformation doit garder une paire diametralement opposee.

    Quel est le lien avec les deformations ? Considere deux rotations A et B. Deformer l'une en l'autre, c'est parcourir un chemin ouvert dans la boule du point A au point B. C'est pour ca qu'il faut etudier les classes de chemins. Nous avons deja vu un chemin de 0 a 2pi : notre premier exemple de chemin ferme, partant du centre vers le haut, croisant le pole nord=le pole sud et revenant au centre. Il n'est pas possible de reduire ce chemin a zero, parce qu'il doit rester "tendu" entre deux points diametralement opposes. En revanche, une rotation de 4pi est equivalente a l'identite, parce qu'un chemin ayant 2 intersections avec la sphere peut etre reduit a un point, en "annihilant" ces deux intersections l'une avec l'autre.

    C'est difficile de faire de la geometrie dans le texte. J'espere avoir ete plus clair. Je ne peux guere faire mieux. Lisez le premier chapitre de Penrose et Rindler "Spinors & spacetime". Ca vaut mieux qu'essayer de comprendre mon charabia.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"
     

  7. Condensat_B-E

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    Repentigny
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    160

    Re : Le spin?

    Franchement, un gros merci à toi, humanino, c'est beaucoup plus clair maintenant. Merci de t'avoir pris tant de peine!!!

    Une question subsiste néanmoins, les valeurs données aux spins (entier, demi ou 0) d'où proviennent-elles?

    Amicalement Condensat_B-E
     

  8. Condensat_B-E

    Date d'inscription
    août 2004
    Localisation
    Repentigny
    Messages
    160

    Re : Le spin?

    Quelqu'un a-t-il une piste pour l'attribution des valeurs au spin?

    Merci à l'avance

    Amicalement Condensat_B-E
     

  9. deep_turtle

    Date d'inscription
    mai 2004
    Localisation
    Pontcharra
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    10 702

    Re : Le spin?

    OK j'essaie, ma réponse sera un peu technique, dis-nous si elle l'est trop...

    La physique quantique décrit les systèmes physique par deux types objets mathématiques : vecteurs d'état et opérateurs. Les grandeurs qu'on mesure sur les systèmes peuvent prendre plusieurs valeurs, l'ensemble des valeurs possibles (le spectre) étant déterminée par l'opérateur lui-même, alors que les valeurs qu'on pourra trouver pour un système donné (et les probabilités associées) sont données en mettant ensemble l'opérateur et le vecteur d'état.

    On peut se poser la question de savoir comment les opérateurs changent quand on effectue une rotation sur le système. On trouve alors que les rotations sont décrites par des opérateurs particuliers, appelés opérateurs de moment cinétique, dont le spectre est constitué de multiples entiers ou demi-entiers de la constante de Planck. Il se trouve que pour les valeurs entières, ce moment cinétique correspond exactement à ce qu'on appelle moment cinétique en s'inspirant de la physique classique. Il se trouve
    aussi que l'existence des valeurs demi-entières a aussi une importance physique, c'est le spin... Il se trouve enfin que l'on peut aussi avoir des spins entiers...

    Pour les particules, il semble que le spin soit une grandeur fondamentale au même titre que la masse, la charge électrique, etc... Cependant il me semble que les spins trop élevés ne sont pas possibles pour une particule élémentaire car on ne sait pas faire de théorie cohérente avec. Les experts confirmeront ou non...
    Dernière modification par deep_turtle ; 15/09/2004 à 09h31.
     

  10. isozv

    Date d'inscription
    avril 2003
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    1 112

    Re : Le spin?

    Hummm... l'explication des valeurs des spins :

    http://www.sciences.ch/htmlfr/physat...omentcinetique

    c'est pas donné comme lecture mais bon...

    Cordialement
     

  11. humanino

    Date d'inscription
    août 2004
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    Re : Le spin?

    Alors la je vais faire un tout petit commentaire : les harmoniques spheriques. Juste pour dire que ces fonctions dependent de varaibles angulaires definie sur un intervalle ferme borne : compact. Bon, elles s'annullent un nombre entier de fois entre 0 et 2pi. Elles ont un certain nombre entier de "noeuds".
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"
     

  12. spi100

    Date d'inscription
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    Re : Le spin?

    Citation Envoyé par Condensat_B-E
    Quelqu'un a-t-il une piste pour l'attribution des valeurs au spin?

    Merci à l'avance

    Amicalement Condensat_B-E
    Est - ce qu'il y a un lien avec les représentations irréductibles des rotations ? A chaque représentation correspond un spin et reciproquement, et les seuls valeurs possibles sont les multiples de 1/2.
    Les harmoniques sphériques Y(l,m) avec m comprit entre -l et l, correspondent à la représention irréductible de moment l, du groupe des rotations.
    Dernière modification par spi100 ; 15/09/2004 à 17h15.
     

  13. deep_turtle

    Date d'inscription
    mai 2004
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    Re : Le spin?

    Pourquoi mentionnes-tu les harmoniques sphériques ici ? Elles ne concernent pas le spin a priori, juste le moment cinétique dû aux degrés de liberté spatiaux, non ?

    et pour spi100 : bingo oui, c'est exactement relié...
     

  14. spi100

    Date d'inscription
    juillet 2004
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    paris
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    1 562

    Re : Le spin?

    Citation Envoyé par deep_turtle
    Pourquoi mentionnes-tu les harmoniques sphériques ici ? Elles ne concernent pas le spin a priori, juste le moment cinétique dû aux degrés de liberté spatiaux, non ?

    et pour spi100 : bingo oui, c'est exactement relié...
    Ben non, je pense que humanino a raison de les mentionner, (voir mon message précédent que j'ai modifié juste avant que tu ne repondes).
     

  15. humanino

    Date d'inscription
    août 2004
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    spin des particules fondamentales

    Je ne suis pas un expert, mais je donne un debut de reponse a deep_turtle.
    C'est pas tous les jours que ca m'arrive !

    Toutes les particules de matiere ont un spin 1/2. En particulier, ce sont des fermions et donc on peut remplir une boite avec, jusqu'a ce qu'il soit impossible d'en mettre plus.

    Les particules "vecteurs de force" (pas vecteur au sens mathematique !) sont des bosons. On peut en mettre autant qu'on veut dans une boite, pourvu que les parois soient solides. Une boite n'est jamais "remplie" de lumiere, on peut la faire "plus lumineuse". Ces particules sont des bosons, et ont un spin entier.

    Il est possible de donner des arguments tels que "non-renormalisabilite" pour justifier l'abscence de spins superieurs au niveau fondamental. Mais surtout, on ne les a pas observe dans la nature ! Notamment, si nous ne connaissions pas la gravite, nous serions si satisfait avec le modele standard, que nous invoquerions la renormalisation pour justifier les spins. Mais le graviton, notoirement non-renormalisable, est de spin 2.
    "Puisque toute ces choses nous depassent, feignons de les avoir organisees"
     


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