Cours n°5

Chapitre 12
Le spin ½ et la résonance
magnétique nucléaire

1.
Le spin ½

Le moment cinétique orbital n’explique pas tout
L’expérience de Stern et Gerlach
L’effet Zeeman
Pour certains atomes, on observe un nombre pair : effet Zeeman anormal.
La structure fine de l’hydrogène
Raies spectrales dédoublées. Degré de liberté supplémentaire?
Valeurs propres :
Nombre impair
Pour une valeur de donnée, on s’attend donc à valeurs possibles.
On s’attendrait à un nombre impair de taches.
De plus, l’hydrogène a un moment cinétique orbital nul dans son état
fondamental , de même que l’argent.
Aucune déviation du faisceau d’atomes n’aurait donc dû être observée.
Clivage des niveaux d’énergie sous l’action d’un champ magnétique.
Nombre impair de valeurs possibles.

L’électron possède un moment cinétique
intrinsèque dû à sa rotation sur lui-même (spin).
L’hypothèse d’Uhlenbeck et Goudsmit (1925)
Mais, la théorie du moment cinétique nous dit qu’un objet en rotation sur
lui-même devrait avoir un moment cinétique entier et non demi-entier.
Même si l’image physique d’une particule tournant sur elle-même
est simpliste, les faits expérimentaux nous contraignent à postuler
l’existence d’un moment cinétique intrinsèque, le spin, objet
quantique sans équivalent classique.

Le spin de l’électron :
Le spin de l’électron est décrit par un espace de Hilbert de dimension 2 corres-
pondant à un moment cinétique intrinsèque, noté , associé à
Base :
ou encore :