II. La physique statistique
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Population de E1
Figure 9. Simulation de la température en fonction du nombre n de particules situées dans l'état
fondamental E1• Test en unité arbitraire, N est fixé à 100.
Par contre, la mécanique quantique offre la possibilité d'existence de tels systèmes.
Par exemple, toute particule réelle possède un moment cinétique propre, un spin,
qui ne peut prendre qu'un nombre discret de valeurs demi-entières de n. Les protons, les neutrons les électrons, certains noyaux atomiques (C 13 , Si 29 , etc) ne possèdent que deux valeurs possibles de spin soit encore s = ±n / 2 et donc de moment magnétique
-
e -
µ=-gs
2m
(8)
où g est proche de 2 pour l'électron. Ainsi lorsque l'on place une collection de
particules de spin Y:z et d'énergie propre E dans un champ magnétique B, leur état
d'énergie Ese dédouble selon le sens de leur spin à cause de l'interaction magnétique W = -µ.Ë, ce qui conduit à
{
E2 +µB
E~
E 1 -µB
où l'état fondamental est occupé par des particules de spin de même orientation
que celle du champ magnétique (spin« up »). Si bien que l'expression (6) devient
N
n = - - - - -
l+e-2µBIKT
(9)
Maintenant, il est possible de soumettre la collection de spin à un champ de radiofréquence provoquant à chaque absorption d'un photon d'énergie nm = 2µB le
basculement d'un spin up vers un spin down. Soit G le nombre de photons absorbés par unité de temps et r la durée de vie d'un état excité (de spin down). En