Effet Einstein-De Haas , et effet Barnett .

[triall]

Bonjour, il n' y a pas longtemps je suis tombé sur une lecture parlant de cet effet , cela m'a beaucoup intéressé !.

Il y a peu de littérature à son propos , j'ai trouvé un schéma ici http://demonstrations.wolfram.com/EinsteinDeHaasEffect/
Un solénoïde entoure un cylindre , en faisant passer du courant dans ce solénoïde, un champ magnétique longitudinal se crée dans le cylindre .
De ce fait , ce dernier se met en rotation en vue de conserver un moment cinétique total nul d'après ce que j'ai lu!
Alors, donc le champ magnétique induit (je ne sais comment mais passons) sur le cylindre, invite les électrons (certains, sans doute mais pas tous) à "tourner" dans le même sens autour des lignes du champ magnétique, qui sont longitudinales(traversent le cylindre parallèlement dans le sens de la longueur) non ? .
Ce faisant, il y a donc dans le cylindre un moment angulaire(cinétique) total qui pointe dans le sens du champ , et il en apparait alors un autre en sens inverse qui fait physiquement tourner le cylindre , pour que le moment angulaire total soit nul !
Je pense avoir compris le phénomène de cette manière , même si la physique quantique nous dit que l'électron ne tourne pas vraiment autour du noyau , ou il pourrait "tourner par sauts ! , ou c'est le nuage de probabilité qui tourne, je ne sais pas !" .Un foriste , ici faisait remarquer que si l'électron tournait il devrait forcément émettre des photons (rayonnement synchrotron ) .
Pourtant avec cette expérience réversible avec cette fois l'effet Barnett ; on est bien obligé d'estimer que l'électron tourne bel et bien autour du noyau de manière à posséder un moment angulaire ! C'est bien son moment angulaire soudainement organisé qui fait tourner le cylindre !
Car l'effet Barnett veut qu 'à l'inverse, si l'on fait tourner un barreau cylindrique, il apparait un champ magnétique sur ce barreau !
Il s'agit bien là de rotation au sens classique..
Est-ce j'ai bien compris le phénomène, sinon si on peut m'apporter des détails du genre comment les moments cinétiques des électrons s'alignent , quel est le rôle du spin de l'électron là dedans ... Quand cette rotation du cylindre s'arrête-t-elle ? Est-ce qu'il y a un effet Barnett pendant l'effet Einstein-De Haas ? Est-ce qu'il n' y a pas là une explication du magnétisme terrestre ?
Merci pour votre participation .
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[invitea29d1598]

Bonjour,

Il n'y a pas de mise en rotation des électrons. L'effet est purement quantique et traduit le fait que le "spin" contribue au moment cinétique total même s'il ne correspond pas à une rotation "usuelle". Le principe est grossièrement le suivant :

- le champ magnétique influence les moments magnétiques des électrons (qui peuvent être vus comme des sortes de petites boussoles) qui s'alignent tous (ou presque) avec lui
- le moment magnétique des électrons est corrélé avec leur spin (sorte de moment cinétique intrinsèque mais qu'il ne faut pas voir comme une rotation classique) et le changement de sens du moment magnétique implique donc celui du spin
- il y a par conséquent une variation de la partie "micro" du moment cinétique total (que l'on peut écrire sous la forme "moment cinétique total = moment cinétique macroscopique + moment micro" avec le macro qui correspond à la rotation usuelle et le micro au spin), qui doit être compensée par une variation de la partie macro afin que le moment cinétique total reste constant.

Donc aucune rotation des électrons autour des noyaux mais bel et bien une preuve du fait que le moment cinétique total d'un corps peut être en partie classique (rotation usuelle) et en partie quantique (pas de rotation usuelle).

Une fois le moment cinétique devenu "classique", des frottements vont faire qu'il ne sera plus conservé et la rotation cessera donc plus ou moins rapidement en fonction de ces termes dissipatifs "classiques".

Pour ce qui est de Barnett, c'est l'inverse : la rotation crée la magnétisation. Mais rien à voir avec le magnétisme terrestre qui est plutôt généré dans la partie externe du noyau (fluide composé de fer fondu grossièrement) et pas dans une partie solide.

[triall]

Bonjour, merci pour la réponse, Rincevent.
En résumé donc, l'électron ne tourne pas, ni sur lui même (spin ), ni autour du noyau, mais il possède tout de même un moment angulaire? .

La force qui apparait pour faire tourner le cylindre ne dure que le temps de la variation du champ magnétique et donc du moment angulaire "insufflé" par le solénoïde ?

Un aimant permanent , de même forme, de même champ n'a aucune raison de tourner , mis dans les même conditions donc? (suspendu à un fil ...) .Il a un moment angulaire global non nul , mais c'est bien un changement de moment angulaire uniquement qui provoque la rotation ?

Le moment cinétique macro n'est pas touché directement par la variation de ce champ, c'est le spin qui est modifié , et qui répercute sur le macro ?
J'ai lu ça et la que le spin pourrait être du à la "faune" virtuelle qui entoure l'électron .Sont -ce ces échanges de particules virtuelles avec le noyau et d'autres électrons qui seraient responsables du spin et du moment angulaire de l'électron ?

[triall]

Bonjour à tous, histoire de faire un "up" , voila, au vu de différentes lectures et indices qui se recoupent, comment je me représente l'affaire …..Pour expliquer que l’électron ne tourne pas autour du noyau ,ni sur lui même(ce qui paraît plus évident) mais qu’il possède quand même un moment angulaire .(ce que montre l’expérience Einstein-De Haas ).
Il semble acquit que l’électron ne peut être décrit sans son cortège de particules virtuelles, son nuage de polarisation, avec lequel il interagit constamment et très très rapidement , en dessous du temps de Planck ; sautant ainsi d'une position à une autre, mais l'électron qui apparaît un peu plus loin « n'est pas le même » . L' électron s'unit avec les paires virtuelles électrons –positrons(ou positons je ne sais comment l’écrire) du vide, ou plutôt avec le positron virtuel,(plus proche de lui ) il devient ainsi un photon virtuel en "s'unissant" à lui. Il reste l'électron virtuel qui devient alors réel ... C'est ainsi , que je crois ; voyait Feynman avec ses diagrammes ...
Cet électron "habillé" fait donc le tour du noyau, mais ce n'est pas le même qui tourne ! Il se crée et se défait sans cesse ; il n'est pas soumis alors à la force "centrifuge" classique et n’a aucune raison de rayonner !.
Une analogie serait ces éclairages de foire , avec des séries d’ampoules qui s’allument à tour de rôle, imitant un « déplacement » . On peut faire « tourner » cet éclairage aussi vite que l’on veut sur un cercle, il n’y a pas de force centrifuge évidemment …
Pour ce qui est du moment angulaire de l’électron , ce serait donc plutôt ce nuage de polarisation qui le possèderait !
Quand au spin, il viendrait aussi de la rotation du nuage virtuel, ce qui pourrait expliquer en partie qu'il faille faire 2 tours à ce spin pour retrouver l'électron dans le même état !
... Évidemment c'est une vue "d'artiste" si l'on peut dire, que certains pourront qualifier de "charabia" ; mais je suis bien incapable de rentrer dans les détails de tels processus ni de certifier que c'est comme cela que cela se passe en gros ! Ce "mécanisme" s'il explique quelques phénomènes quantiques(non localisation ...) me posent beaucoup d'autres questions ; mais il semble incontournable de prendre en compte ce nuage de polarisation du vide autour de l’électron !
Des commentaires pour infirmer améliorer , confirmer(pourquoi pas !) cette vue?
Bonne journée.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea29d1598]

Bonjour,

Il semble acquit que l’électron ne peut être décrit sans son cortège de particules virtuelles, son nuage de polarisation, avec lequel il interagit constamment et très très rapidement , en dessous du temps de Planck ; sautant ainsi d'une position à une autre, mais l'électron qui apparaît un peu plus loin « n'est pas le même » .L' électron s'unit avec les paires virtuelles électrons –positrons(ou positons je ne sais comment l’écrire) du vide, ou plutôt avec le positron virtuel,(plus proche de lui ) il devient ainsi un photon virtuel en "s'unissant" à lui. Il reste l'électron virtuel qui devient alors réel ... C'est ainsi , que je crois ; voyait Feynman avec ses diagrammes ...

tout ceci est inutile ici.

Quand au spin, il viendrait aussi de la rotation du nuage virtuel, ce qui pourrait expliquer en partie qu'il faille faire 2 tours à ce spin pour retrouver l'électron dans le même état !

le spin n'a pas besoin de la théorie quantique des champs (source du "nuage") pour être modélisé / étudié.

Des commentaires pour infirmer améliorer , confirmer(pourquoi pas !) cette vue?

est-elle personnelle ou issue de lectures ?

[invitea29d1598]

En résumé donc, l'électron ne tourne pas, ni sur lui même (spin ), ni autour du noyau, mais il possède tout de même un moment angulaire?

il est plus correct de dire : le "spin" est un moment angulaire "intrinsèque" (ce qui classiquement correspondrait à une rotation de l'objet sur lui-même) mais qui ne peut pas être compris comme une rotation des particules sur elles-mêmes et est purement quantique.

La force qui apparait pour faire tourner le cylindre ne dure que le temps de la variation du champ magnétique et donc du moment angulaire "insufflé" par le solénoïde ?

j'imagine que ça dépend du matériau et de comment on supprime le champ magnétique externe (cf. l'hystérésis pour les ferromagnétiques). Je vois plusieurs cas possibles une fois le champ externe disparu. Par exemple :

- si le système peut spontanément transformer son moment cinétique macroscopique en moment micro (en spin), il perdra probablement son aimantation et sa rotation globale (macro). Ça doit pas être trop courant.

- s'il ne peut pas, il gardera son moment cinétique macro (au moins en partie) et restera en rotation (jusqu'à ce que les frottements au niveau de la liaison avec le fil le fasse disparaître). Ça doit être le cas dans un ferromagnétique usuel en raison du phénomène d'hystérésis (cf le champ rémanent), à moins que le champ externe n'atteigne la valeur "coercitive" (pour laquelle le ferromagnétique est "démagnétisé").

Un aimant permanent , de même forme, de même champ n'a aucune raison de tourner , mis dans les même conditions donc? (suspendu à un fil ...) .Il a un moment angulaire global non nul , mais c'est bien un changement de moment angulaire uniquement qui provoque la rotation ?

c'est surtout un transfert interne entre la forme micro et la forme macro. Un aimant permanent dont la structure interne ne serait pas affectée par le champ externe ne se mettrait pas en rotation. Mais toute substance réelle, même la magnétite (qui forme pas mal des aimants), est potentiellement modifiée, cf par exemple l'action d'un champ externe sur un ferrimagnétique comme la magnétite. C'est juste que l'effet doit être moins important que pour un ferromagnétique. Remarque générale : toutes les propriétés micro magnétiques dépendent beaucoup du matériau et peuvent être pas mal complexes...

Le moment cinétique macro n'est pas touché directement par la variation de ce champ, c'est le spin qui est modifié , et qui répercute sur le macro ?

oui, on a la chaîne logique :

champ magnétique externe -> aimantation par renversement des moments magnétiques des électrons -> changement du moment cinétique micro car moment magnétique d'un électron = son spin -> changement du moment cinétique macro pour que la somme macro + micro reste constante.