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Moment magnétique de l'électron



  1. #1
    invite34596000666

    Moment magnétique de l'électron


    ------

    Salut à tous

    Ma question peut sembler simple mais bon…

    L'électron possède un spin. Grâce à ce spin, l'électron possède un moment dipolaire magnétique.
    Doit-on en conclure pour autant que l'électron possède un pôle Nord et un pôle Sud ? Ou bien ce moment dipolaire magnétique est comme si l'électron avait un pôle Sud et un pôle Nord ?

    C'est un peu jouer sur les mots

    -----

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  3. #2
    mariposa

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    Salut à tous

    Ma question peut sembler simple mais bon…

    L'électron possède un spin. Grâce à ce spin, l'électron possède un moment dipolaire magnétique.
    Doit-on en conclure pour autant que l'électron possède un pôle Nord et un pôle Sud ? Ou bien ce moment dipolaire magnétique est comme si l'électron avait un pôle Sud et un pôle Nord ?

    C'est un peu jouer sur les mots
    Bonsoir,

    L'électron possède un moment dipolaire magnétique parce qu'il a un spin ET une charge électrique.

    Un moment dipolaire magnétique, c'est un aimant élementaire, et donc il y a bien un pôle nord et un pôle sud.

  4. #3
    Rincevent

    Re : Moment magnétique de l'électron

    salut,

    tite remarque en passant :

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    L'électron possède un moment dipolaire magnétique parce qu'il a un spin ET une charge électrique.
    le ET est crucial chez Dirac, mais dès que tu fais de la QFT, les fluctuations quantiques font que ce n'est plus nécessaire : une particule neutre peut avoir un moment magnétique grâce à son couplage aux autres champs (en particulier les neutrinos sont supposés en avoir un à cause de leur masse).
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

  5. #4
    invite34596000666

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    il y a bien un pôle nord et un pôle sud.
    C'est ce qui me gène. Car cela signifie qu'en électrostatique, un électron isolé, immobile dans l'univers () générerait un champ magnétique. Ce serait un champ magnétique fluctuant à valeur moyenne nulle (puisque pas de direction privilégiée dans l'espace) mais un champ magnétique quand même.

    Je trouve ça difficile à concevoir mais bon… Je m'y ferais.

    J'avais l'idée que, en électrostatique,
    – les monopoles électriques génèrent uniquement un champ électrique
    – il fallait obligatoirement un mouvement d'une charge pour créer un dipole magnétique (bref qu'un dipole magnétique était lié à un « vrai » moment orbital)

  6. #5
    Astérion

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Bonjour à tous,

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    C'est ce qui me gène. Car cela signifie qu'en électrostatique, un électron isolé, immobile dans l'univers () générerait un champ magnétique. Ce serait un champ magnétique fluctuant à valeur moyenne nulle (puisque pas de direction privilégiée dans l'espace) mais un champ magnétique quand même.

    Je trouve ça difficile à concevoir mais bon… Je m'y ferais.

    J'avais l'idée que, en électrostatique,
    – les monopoles électriques génèrent uniquement un champ électrique
    – il fallait obligatoirement un mouvement d'une charge pour créer un dipole magnétique (bref qu'un dipole magnétique était lié à un « vrai » moment orbital)
    Moi ce qui me dérange n'est pas tant qu'il soit seul et isolé...

    J'ai un moment magnétique:



    Mais comme tu dis, il n'y a pas d'axe privilégié... (à moins que l'on prépare l'état de l'électron suivant un axe préférentiel).

    Il doit me manquer quelquechose...

    A plus.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    invite34596000666

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Et ? Quelle est ta question ?

    Bref : c'est quand même une révélation pour moi qu'un électron génère intrinsèquement un champ magnétique

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  10. #7
    mariposa

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    C'est ce qui me gène. Car cela signifie qu'en électrostatique, un électron isolé, immobile dans l'univers () générerait un champ magnétique. Ce serait un champ magnétique fluctuant à valeur moyenne nulle (puisque pas de direction privilégiée dans l'espace) mais un champ magnétique quand même.
    Bonjour,

    Si un électron est isolé et immobile (dans un certain repère) il engendre un champ électrique ET un champ magnétique du à son moment magnétique intrinsèque. Si le spin a un t=0 possède une orientation déterminée et que ce dernier n'est couplé à rien du tout (puisque isolé par hypothèse) cela fixe l'orientation du champ magnétique.

    En fait dans un aimant le champ magnétique est du à la somme de tous les moments magnétiques des spins alignés (l'alignement des spins est d'origine élexctrostatique). La contribution orbitale est gelée(quenching) dans les matériaux


    J'avais l'idée que, en électrostatique,
    – les monopoles électriques génèrent uniquement un champ électrique
    – il fallait obligatoirement un mouvement d'une charge pour créer un dipole magnétique (bref qu'un dipole magnétique était lié à un « vrai » moment orbital)
    Il faut avoir présent à l'esprit que le moment magnétique en général (orbital et de spin) de même que le champ magnétique sont d'origine relativiste. Il faut avoir à l'esprit que champ électrique et champ magnétiques sont 2 "visages" d'une même réalité. Ils sont donc inséparables. Ce sont les faibles vitesses dans lesquelles nous vivons qui nous font croire que ce sont 2 choses différentes.

    En relativité l'électron (et le positron) de Dirac est couplé a la composante d'un quadrivecteur A. Ce quadrivecteur est une represention ad'hoc d 'un champ électrique extérieur et d'un champ magnétique extérieur.

    Quand on fait l'approximation non relativiste de l'équation de Dirac couplé à A (les vitesses sont faibles devant c.) on trouve une équation au premier ordre en 1/c qui est l'équation de Pauli. Celle-ci introduit le potentiel électrostatique ET le couplage au champ magnétique (l'approximation donne les 2 termes en même temps). Cela est technique mais compréhensible si on constate que l'électron est défini par sa masse, sa charge et son spin. Le couplage au champ A doit se retrouver inévitablement en fonction des 3 caractéristiques de l'électron.

  11. #8
    Astérion

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Re,
    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    Et ? Quelle est ta question ?

    Bref : c'est quand même une révélation pour moi qu'un électron génère intrinsèquement un champ magnétique
    La même que la tienne, champ magnétique fluctuant à valeur moyenne nulle... une chose que j'imagine difficilement...
    Je pense que c'est en partie dûe au fait que l'on "m'a enseigné" (et que j'ai bêtement sans réfléchir assimilé, ou interprété à tort) spin 1/2, Sz quantifié "-1" "+1" suivant l'axe z, donc Mz non nul donc champ....

    NB: un début de réponse de Mariposa....

    A plus.

  12. #9
    invite34596000666

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par Astérion Voir le message
    La même que la tienne, champ magnétique fluctuant à valeur moyenne nulle... une chose que j'imagine difficilement...
    Ah… On trouve ça partout. Tant qu'il n'y a pas d'axe de quantification, comment veux-tu quantifier ? (c'est une lapalissade)

  13. #10
    adrianqi

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par Rincevent Voir le message
    salut,

    tite remarque en passant :



    le ET est crucial chez Dirac, mais dès que tu fais de la QFT, les fluctuations quantiques font que ce n'est plus nécessaire : une particule neutre peut avoir un moment magnétique grâce à son couplage aux autres champs (en particulier les neutrinos sont supposés en avoir un à cause de leur masse).
    Salut ,
    Ca semble vraie puisque j'ai aussi entendu dire que les neutrons ont aussi un moment magnétique mais qu'on appelle "moment magnetique anomal" (ou anormal ?) Mais ce que je ne comprend pas ce sont les termes "couplages aux autres champs: quels autres champs?" et " à cause de leur masse?". Est ce que cela veut dire qu'une masse (sans charge électrique) peut créer un champ magnétique à petite echelle ,neutrinos? . Si c'est le cas alors je me demande bien pourquoi ça marche pas à grande echelle.
    Dernière modification par adrianqi ; 28/05/2009 à 10h33.

  14. #11
    mariposa

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    Et ? Quelle est ta question ?

    Bref : c'est quand même une révélation pour moi qu'un électron génère intrinsèquement un champ magnétique
    Cette phrase du style un électron génère......, que tout le monde est pret a accepter, n'est pas en fait ce qui se passe vraiment. Il faudrait dire: Tout se passe comme si l'électron générait..........

    Le bon langage est celui du couplage entre 2 parties 1 et 2.

    Si 1 est un électron et 2 le champ électromagnétique le couplage s'écrit mathématiquement comme le produit e.A.
    Maintenant que dire de l'interaction entre 2 électrons ont chacun d'eux interagit avec le champ électromagnétique? Il est facile de comprendre que les 2 électrons qui ne sont pas couplés directement peuvent s'exprimer par un couplage directe effectif en éliminant la variable champ électromagnétique A.

    Donc 1 interagit avec 2 et réciproquement. On peut traduire cela en disant que tout se passe comme si 1 est une source d'action (une force) qui agit sur 2 qui est la "cible". (et réciproquement.

    C'est ainsi que l'on dit que les charges réparties sur les armatures d'un condensateur sont une source de champ électrique qui est la force qui agit sur une charge unité située dans le condensateur.

    Plus généralement les équations de Maxwell sont une expression qui donnent les valeurs des champs comme consécutifs des sources qui sont les charges fixes et les charges en mouvement.

    Maintenant si on prend le problème tel qu'il se pose à partir de l'équation fondamental de Dirac couplé au champ électromagnétique representé par le potentiel vecteur A l'interaction entre 2 électrons caractérisés par une charge e et un spin S sera décrit par une interaction directe effective dépendant de la charge e et du spin S.

    Il y a donc interaction indirecte entre les spins de chaque électron de la même façon qu'il y a interaction indirecte entre les charges des 2 électrons.

    Donc si on dit que la charge électrique engendre un champ électrique, il faut dire symétriquement que le spin engendre un champ magnétique.

    Comme le champ magnétique est compris classiquement comme l'effet d'un courant de charges (dipole magnétique pour une boucle de courant fermée) magnétique, on pourra par extension dire que le champ magnétique a pour source un moment magnétique intrinsèque attaché au spin.

    Comme je l'ai indiqué plus haut cela résulte d'un calcul d'une approximation relativiste. Cela ne se prete à ma connaissance à aucune intuition car l'équation de Dirac n' a rien d"intuitif.

    Pour être plus concret un aimant c'est un macrospin et l'interaction de 2 aimants c'est l'interaction de 2 macrospins. Autrement dit un macrospin "génére" un champ magnétique qui interagit avec l'autre macrospin.

    Ce qui veut dire que l'interaction de 2 aimants c'est foncièrement un phénomène relativiste.

  15. #12
    mariposa

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par adrianqi Voir le message
    Salut ,
    Ca semble vraie puisque j'ai aussi entendu dire que les neutrons ont aussi un moment magnétique mais qu'on appelle "moment magnetique anomal" (ou anormal ?) Mais ce que je ne comprend pas ce sont les termes "couplages aux autres champs: quels autres champs?" et " à cause de leur masse?". Est ce que cela veut dire qu'une masse (sans charge électrique) peut créer un champ magnétique à petite echelle ,neutrinos? . Si c'est le cas alors je me demande bien pourquoi ça marche pas à grande echelle.
    Bonjour,

    Les particules sont sujettes aux 3 interactions electromagnétiques , faibles et fortes. Au premier "ordre" chaque classe de particules est couplée à son champ correspondant. Par exemple les électrons au champ électromagnétique. Mais ces derniers sont couplés faiblement au champ électrofaible (les effets se voient même dans des expériences de physique atomique). De même un neutrino sera couplé indirectement au champ électromagnétique. Le résultat de tout çà est que le neutrino peut "récolter" une interaction effective par le biais du champ électromagnétique, interaction que l'on presentera sous la forme d'un moment magnétique (qui doit être très faible).

    Dans les principes on pourrait faire intervenir le champ gluoniques puisque les quarks sont sensibles à l'interaction électrofaible.

    En fait tout est couplé et le "seul" problème est d'estimer ce qui est dominant, ce qui impose de hiérarchiser les interactions.

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  17. #13
    invite34596000666

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par mariposa Voir le message
    Cette phrase du style un électron génère......, que tout le monde est pret a accepter, n'est pas en fait ce qui se passe vraiment. Il faudrait dire: Tout se passe comme si l'électron générait..........
    Bah c'est tout le but de ce sujet en fait
    Parce que si effectivement un électron isolé génère intrinsèquement un champ magnétique, bah ça fait forcément des termes en plus dans, par exemple, les intéractions spin-orbite etc…
    Genre une intéraction entre le moment magnétique de l'électron et le champ magnétique qu'il crée intrinsèquement même en l'absence de quelques autres charges. Mais ça s'apparente à de la self-energie peut-être… Chépa

  18. #14
    mariposa

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    Bah c'est tout le but de ce sujet en fait
    Parce que si effectivement un électron isolé génère intrinsèquement un champ magnétique, bah ça fait forcément des termes en plus dans, par exemple, les intéractions spin-orbite etc…
    En fait l'interaction que l'on appelle spin-orbite ( c'est une image) est un terme qui intervient au second ordre en 1c2.

    Il a la forme: s.(E.V.p)

    s les 3 matrices de Pauli.

    E champ électrique externe.

    P impulsion

    V désigne le produit vectoriel.

    Donc pour résumer, un repère étant déterminé on a au premier ordre en 1/c

    1-Une interaction entre la charge et le champ électrique E qui l'interaction de Coulomb.

    2- Une interaction entre le spin et le champ magnétique B que l'on traduit en moment magnétique intrinsèque.

    En poursuivant le développant en 1/c2 on a une nouvelle interaction avec le champ électrique E (le même que celui responsable de linteraction électrostatique) et le spin s mais interaction qui dépend du mouvement de l'électron par p. Ce que l'on appelle spin-orbite.


    Genre une intéraction entre le moment magnétique de l'électron et le champ magnétique qu'il crée intrinsèquement même en l'absence de quelques autres charges. Mais ça s'apparente à de la self-energie peut-être… Chépa

    Le moment magnétique de l'électron n'interagit avec lui-même de la même façon que la charge électrique n'interagit pas avec elle-même. Donc il n'y a pas de self-energy à ce niveau.

  19. #15
    Astérion

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Bonjour,

    Citation Envoyé par guerom00 Voir le message
    Ah… On trouve ça partout. Tant qu'il n'y a pas d'axe de quantification, comment veux-tu quantifier ? (c'est une lapalissade)
    Ha bon, on trouve ça partout....ok!

    Je pensais que pour quantifier, j'avais seulement besoin de définir un axe n quelconque ( S2 et Sn commutent). J'ai donc une quantification suivant cet axe...mais bon comme je peux prendre n'importe quel axe n, j'ai un vecteur S qui fluctue...donc un champ magnétique qui flutue?

    Mon problème c'est que rien n'empêche de choisir un axe de quantification quelconque (que je fixe par la pensée)...j'aurais donc une composante de champ magnétique suivant cet axe "défini" (si je ne dis pas d'énormes conneries...on peut même avoir une superposition d'état spin up spin down)
    Quelqu'un d'autre peut faire de même avec un autre axe (résultat similaire mais suivant son axe n')...
    En prenant des raccourcis, la conclusion serait le champ magnétique fluctue autour de 0?
    J'aurais cru que ça dépendrait de l'état initial de mon électron?

    Mais bon, je vais chercher puisqu'on trouve ça partout!

    A plus.

  20. #16
    Rincevent

    Re : Moment magnétique de l'électron

    Citation Envoyé par adrianqi Voir le message
    Ca semble vraie puisque j'ai aussi entendu dire que les neutrons ont aussi un moment magnétique mais qu'on appelle "moment magnetique anomal" (ou anormal ?)
    dans le cas du neutron c'est différent du neutrino : le neutron est un objet composite formé de particules électriquement chargés. Il est donc assez naturel qu'il ait un moment magnétique, mème en l'absence d'effets liés à la théorie quantique des champs.

    Mais ce que je ne comprend pas ce sont les termes "couplages aux autres champs: quels autres champs?" et " à cause de leur masse?"
    pour ce qui est du couplage, ça rejoint ce que raconte mariposa : si tu écris le lagrangien d'une particule chargée ponctuelle ne portant qu'une charge électrique dans un champ EM, tu as un terme du genre qV pour l'interaction statique et un j.A où j=qv est le vecteur courant et A le vecteur potentiel. C'est ce terme qui te donne la force de Lorentz quand tu fais passer ton lagrangien dans les équations d'Euler. Si tu prends une particule composite (comme le neutron), tu as donc un système formé de plusieurs choses et tu peux donc définir une charge totale mais également divers multipoles (exactement comme tu le fais pour calculer le champ électrique d'un dipole fabriqué à l'aide de deux charges). Si tes charges sont en mouvement (ce qui est le cas dans la situation la plus générale), tu auras donc aussi des termes multipolaires magnétiques, qu'on repère par le fait qu'ils dépendent de la vitesse et apparaissent en facteurs du potentiel vecteur. Inversement, quand tu fais de la physique des particules et souhaitent être le plus général possible, tu autorises dans ton lagrangien pas mal de couplages différents possibles entre tes champs. La présence de ces termes a priori possibles te donnent des prédictions sur les diverses sections efficaces de tes réactions ainsi que sur les réactions possibles et les mesures expérimentales te permettent donc de contraindre l'existence ou non de ces termes dans ton lagrangien et ainsi te dire si ta particule porte ou non un moment magnétique, etc...

    Est ce que cela veut dire qu'une masse (sans charge électrique) peut créer un champ magnétique à petite echelle ,neutrinos? . Si c'est le cas alors je me demande bien pourquoi ça marche pas à grande echelle.
    pour ce qui est de la création de champ magnétique par un électron, il faut quand même voir que les valeurs prévues sont très très faibles... donc c'est plutôt un effet passif qu'on espère observer : on pense pouvoir un jour mesurer l'influence d'un champ magnétique extérieur sur un neutrino (s'ils ont vraiment un moment magnétique), mais pas l'inverse.

    Citation Envoyé par mariposa
    Le moment magnétique de l'électron n'interagit avec lui-même de la même façon que la charge électrique n'interagit pas avec elle-même. Donc il n'y a pas de self-energy à ce niveau.
    euh.... tu n'es pas d'accord avec le fait que si on renormalise tout ça c'est bien parce qu'il y a une self-interaction ?
    Ceux qui manquent de courage ont toujours une philosophie pour le justifier. A.C.

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