En quoi l'experience de Stern et Gerlach a montré que le spin existait

[invite8f6d0dd4]

Bonjour,

J'apprends le chapitre du Cohen Tanoudji sur les spins ("spin 1/2 et systèmes à deux niveaux") et je souhaiterais éclaircir un point :

Il est dit dedans que cette expérience a montré que le moment magnétique était discrétisé (ce avec quoi je suis d'accord, en effet on a deux tâches et la description classique imposerait une répartition continue, donc le moment magnétique ne peut avoir que deux valeurs fixées), mais surtout que ça prouvait l'existence d'un moment cinétique et magnétique intrinsèque.

En fait je ne vois pas en quoi les résultats de l’expérience prouvent qu'on a affaire à un moment cinétique intrinsèque (image de l'electron qui tourne sur lui même) et que tout ceci n'est pas lié à la discrétisation du moment cinétique orbital (electron qui tourne autour du noyau).

Pour moi cette expérience telle qu'elle prouve juste que le moment cinétique et le moment magnétique sont discrétisés, mais de là à en déduire l'existence d'un moment intrinsèque je ne comprends pas.

Pourriez vous m'éclaircir ce point ?

Merci !
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[invite93279690]

Salut,

Peut être que quelqu'un va donner une réponse convaincante mais c'est juste pour dire qu'en effet pour moi également cela montre deux choses : que l'electron a un moment magnétique et que ce moment magnétique est discret.

Maintenant peut être que l'aspect "intrinsèque" vient de l'impossibilité (experimentale) de changer ce spin en donnant de l'énergie a l'electron par exemple; alors que pour un ballon de basket ou une particule composite en general, le moment cinétique peut être augmente en ajoutant de l'énergie (meme le spin du proton peut être augmente si on y met suffisamment d'énergie).

[coussin]

Les atomes d'argent utilisés historiquement sont dans un état s. Leur moment cinétique total J=L+S=S. L'effet observé venait donc seulement du spin électronique.
L'expérience de Stern-Gerlach agit sur J. En effet, si L est non nul, on ne peut pas conclure que l'effet observé est purement dû au spin.

[invite8f6d0dd4]

Merci.

Mais en soit dans un atome on a peu de chances d'avoir un moment orbital nul (il faudrait que les moments magnétiques orbitaux des différents électrons se compensent). C'est ce qui se passe ici ? Comment ça se fait ?

Je voudrais aussi savoir si pour traiter les spins on postule que leur algèbre est celle des moments cinétiques ou bien si on arrive à la démontrer à partir d'une propriété ? (Dans le chapitre c'est un peu balancé et ça permet de retrouver les expressions de Sx et Sy à partir de Sz, il est dit qu'on verra ça plus tard mais j'aimerai juste savoir dès lors si c'est un postulat ou bien si ça se démontre rigoureusement).

En outre, j'ai pu lire que le spin n'a pas de correspondant classique.

Ce qu'on entend par là c'est que l'opérateur de spin ne s'écrit pas comme combinaison des opérateurs positions et impulsions ?
Car on peut mesurer un spin donc c'est bien que classiquement il représente une grandeur physique (et il est donc la grandeur quantique associée à cette grandeur physique mesurable).

Merci !

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Mais en soit dans un atome on a peu de chances d'avoir un moment orbital nul (il faudrait que les moments magnétiques orbitaux des différents électrons se compensent).

Pas du tout... Dans un atome, les moments orbitaux des électrons individuels n'ont pas une valeur bien définie. Tous ces moments orbitaux individuels se couplent pour former le moment orbital total L. Ce moment orbital total L est "bien défini" et dans un état s il vaut L=0.
La structure fine atomique provient du couplage du moment orbital total L avec le moment de spin total S en J=L+S.
La structure hyperfine atomique provient du couplage de ce moment total J avec le moment de spin du noyau atomique I en F=J+I.

[invite8f6d0dd4]

D'accord, merci (en fait je ne connais pas encore ces notions je les verrai probablement bientôt).

En revanche, pourriez vous répondre à ces questions si possible ?

"Je voudrais aussi savoir si pour traiter les spins on postule que leur algèbre est celle des moments cinétiques ou bien si on arrive à la démontrer à partir d'une propriété ? (Dans le chapitre c'est un peu balancé et ça permet de retrouver les expressions de Sx et Sy à partir de Sz, il est dit qu'on verra ça plus tard mais j'aimerai juste savoir dès lors si c'est un postulat ou bien si ça se démontre rigoureusement).

En outre, j'ai pu lire que le spin n'a pas de correspondant classique.

Ce qu'on entend par là c'est que l'opérateur de spin ne s'écrit pas comme combinaison des opérateurs positions et impulsions ?
Car on peut mesurer un spin donc c'est bien que classiquement il représente une grandeur physique (et il est donc la grandeur quantique associée à cette grandeur physique mesurable)."

Merci !

[invite93279690]

"Je voudrais aussi savoir si pour traiter les spins on postule que leur algèbre est celle des moments cinétiques ou bien si on arrive à la démontrer à partir d'une propriété ? (Dans le chapitre c'est un peu balancé et ça permet de retrouver les expressions de Sx et Sy à partir de Sz, il est dit qu'on verra ça plus tard mais j'aimerai juste savoir dès lors si c'est un postulat ou bien si ça se démontre rigoureusement).

Le spin est par definition le moment cinétique intrinsèque associe a une particule ou un corps (potentiellement en interaction avec un autre). Par definition, il suit donc l'algèbre des moments cinétiques.

En outre, j'ai pu lire que le spin n'a pas de correspondant classique.

la encore, c'est mon opinion personnelle mais ce qui n'a pas de pendant en physique classique (au sens de pré-quantique) n'est pas le spin en lui meme je pense c'est l'objet "spineur" qui est une classe spéciale de vecteurs (au sens des espaces vectoriels) qui se transforme d'une certaine manière sous l'application d'une rotation spatiale (en particulier, le spineur ne revient sur lui meme qu'après une rotation spatiale de 4pi) a opposer aux vecteurs qui tournent simplement sous l'influence d'une rotation et aux scalaires qui sont insensibles aux rotations.

[invite8865c38b]

Le spin est par definition le moment cinétique intrinsèque associe a une particule ou un corps (potentiellement en interaction avec un autre). Par definition, il suit donc l'algèbre des moments cinétiques.

la encore, c'est mon opinion personnelle mais ce qui n'a pas de pendant en physique classique (au sens de pré-quantique) n'est pas le spin en lui meme je pense c'est l'objet "spineur" qui est une classe spéciale de vecteurs (au sens des espaces vectoriels) qui se transforme d'une certaine manière sous l'application d'une rotation spatiale (en particulier, le spineur ne revient sur lui meme qu'après une rotation spatiale de 4pi) a opposer aux vecteurs qui tournent simplement sous l'influence d'une rotation et aux scalaires qui sont insensibles aux rotations.

oui c'est aussi comme cela que je l'ai compris personnellement.
Mais bon si on chipote on peut arguer qu'on arrive à faire des spineurs classiquement (le coup de la ceinture ou de l'assiette).

[invite93279690]

oui c'est aussi comme cela que je l'ai compris personnellement.
Mais bon si on chipote on peut arguer qu'on arrive à faire des spineurs classiquement (le coup de la ceinture ou de l'assiette).

en effet c'est pour cela que je parle de classique au sens de pré-quantique pour signifier qu'on ne s'amusait pas a associer une assiette ou un bol dans notre main a une propriété physique d'une particule.