Le spin électronique

Comme cela a été indiqué précédemment les particules quantiques possèdent un moment cinétique intrinsèque, le spin, qui a d'abord été mis en évidence pour l'électron à partir des faits expérimentaux suivants :

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La structure fine des raies spectrales de l'atome d'hydrogène : la raie Lyman $\alpha$ correspond à la transition $1s \rightarrow 2p$ a deux composantes, ce qui est incompatible avec la théorie sans spin de l'atome d'hydrogène exposée précédemment

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Dans l'expérience de Stern et Gerlach, un faisceau d'atomes d'argent ou d'atomes alcalins soumis à un gradient de champ magnétique est séparé en deux et fait apparaître deux taches sur un écran.

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Dans l'effet Zeeman anormal, l'énergie des états $s$ de l'atome d'hydrogène soumis à un champ magnétique uniforme est déplacée d'une quantité proportionelle à l'intensité du champ.

Pour expliquer ces faits expérimentaux Uhlenbeck et Goudsmit (1925) d'une part, Bichowsky et Urey (1926) d'autre part, ont postulé que les électrons possèdent un moment cinétique intrinsèque ou spin. D'autres preuves expérimentales ont montrés que toutes les particules élémentaires et par suite les objets quantiques possèdent un spin. Le spin s'introduit naturellement en mécanique quantique relativiste et plus particulièrement dans l'équation de Dirac qui est le prolongement relativiste de l'équation de Schrödinger.

Selon leur spin les particules sont classées en deux groupes : les fermions à spin demi-entier et les bosons à spin entier. Plusieurs bosons peuvent occuper le même état quantique tandis que les fermions doivent avoir des états différents.