Chapitre 10
Spin
10.1 MISE EN ÉVIDENCE EXPÉRIMENTALE
10.1.1 Effet Zeeman « anormal »
L’influence d’un champ magnétique constant sur les niveaux d’énergie d’un atome
a été étudiée par Zeeman à partir de 1896. Chacune des raies émises par l’atome
soumis au champ magnétique se divise en un certain nombre de raies équidistantes,
séparées par un intervalle proportionnel au champ magnétique : c’est l’effet Zeeman.
a) Atome d’hydrogène
Étudions le cas de l’atome d’hydrogène. Nous avons vu qu’au moment cinétique
orbital
− →
L de l’électron de l’atome d’hydrogène est associé un moment magnétique
− →
M tel que :
− →
M = −
e 0
2m e
− →
L
(10.1.1)
Lorsque l’atome est plongé dans un champ magnétique
− →
B , il en résulte une énergie
d’interaction −
− →
M ·
− →
B = (e 0 /2m e )
− →
L ·
− →
B . Cette perturbation permet de lever la dégénérescence rotationnelle des niveaux d’énergie E n de l’atome d’hydrogène. Il en
résulte l’apparition de nouvelles raies au voisinage des raies initiales obtenues sans
champ magnétique.
Notons H l’hamiltonien de l’atome sans champ magnétique et choisissons l’axe
Oz dans la direction de ce champ. L’hamiltonien de l’atome perturbé devient :
H B = H +
e 0
2m e
B L z
(10.1.2)
Spin
10.1 MISE EN ÉVIDENCE EXPÉRIMENTALE
10.1.1 Effet Zeeman « anormal »
L’influence d’un champ magnétique constant sur les niveaux d’énergie d’un atome
a été étudiée par Zeeman à partir de 1896. Chacune des raies émises par l’atome
soumis au champ magnétique se divise en un certain nombre de raies équidistantes,
séparées par un intervalle proportionnel au champ magnétique : c’est l’effet Zeeman.
a) Atome d’hydrogène
Étudions le cas de l’atome d’hydrogène. Nous avons vu qu’au moment cinétique
orbital
− →
L de l’électron de l’atome d’hydrogène est associé un moment magnétique
− →
M tel que :
− →
M = −
e 0
2m e
− →
L
(10.1.1)
Lorsque l’atome est plongé dans un champ magnétique
− →
B , il en résulte une énergie
d’interaction −
− →
M ·
− →
B = (e 0 /2m e )
− →
L ·
− →
B . Cette perturbation permet de lever la dégénérescence rotationnelle des niveaux d’énergie E n de l’atome d’hydrogène. Il en
résulte l’apparition de nouvelles raies au voisinage des raies initiales obtenues sans
champ magnétique.
Notons H l’hamiltonien de l’atome sans champ magnétique et choisissons l’axe
Oz dans la direction de ce champ. L’hamiltonien de l’atome perturbé devient :
H B = H +
e 0
2m e
B L z
(10.1.2)