Selon cette représentation, tout état de spin 1/2 trouve une représentation géométrique (voir figure ci-contre). Selon les règles de la mécanique quantique, l’état quantique représenté par et sont physiquement rigoureusement les mêmes. Historiquement, le spin a d’abord été interprété par Uhlenbeck et Goudsmit en septembre 1925 UG25 comme à découvrir étant un moment cinétique intrinsèque, c’est-à-dire comme si la particule ” tournait sur elle-même “.
En 1928, Paul Dirac construisit une version quantique et relativiste de l’équation de Schrödinger, appelée aujourd’hui équation de Dirac, qui permet de décrire les fermions de spin 1/2. Les particules possédant un spin demi-entier s’appellent fermions, celles possédant un spin entier s’appellent bosons. Bien que lié aux phénomènes de quantification du moment angulaire, le spin est bel et bien une propriété intrinsèque des particules. C’est ainsi que l’on peut dire qu’une particule de spin 2 telle que le graviton (voir ci-dessous) possède la même symétrie du point de vue des rotations qu’une dame de pique car tous deux se transforment dans des représentations équivalentes. L’enjeu contemporain autour du spin ne se limite pas à ses applications technologiques, il touche aussi à la compréhension des lois les plus profondes régissant la nature.
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Signification physique du vecteur d’orientation du spin
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- Pourtant l’analyse mathématique rigoureuse du groupe des rotations montre une structure subtile qui permet à certains objets d’avoir un spin demi-entier.
- Le spin y apparaît comme une propriété dérivée de son équation, et non comme un postulat supplémentaire à rajouter de façon ad-hoc.
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Le spin y apparaît comme une propriété dérivée de son équation, et non comme un postulat supplémentaire à rajouter de façon ad-hoc. L’approche développée par Pauli consistait à introduire de façon ad-hoc le spin en ajoutant un postulat supplémentaire aux autres postulats de la mécanique quantique non relativiste (équation de Schrödinger, etc.). De façon plus rigoureuse, comme on va le voir plus bas, l’analyse du comportement des objets sous l’effet des rotations nécessite de prendre en compte la structure mathématique de groupe formé par celles-ci. Pourtant l’analyse mathématique rigoureuse du groupe des rotations montre une structure subtile qui permet à certains objets d’avoir un spin demi-entier. De façon générale, un objet possède un spin s’il est invariant sous une rotation d’angle . La compréhension du spin et de ses applications, notamment dans des domaines comme la spintronique, ouvre la voie à des innovations majeures en physique et en technologies de l’information.