Je suis un électron, dit le personnage. Je suis un électron qui tourne. Vous pouvez facilement me dire, à part mon amie là-bas qui est un électron de spin-down, que je suis tout à fait différente. Sous son souffle, il a ajouté quelque chose qui sonnait plutôt comme "Vive la différence!" Pour Alice, l’autre électron avait l’air très semblable, sauf que son parapluie était dirigé vers le sol. Cet électron se balançait d’avant en arrière aussi rapidement que le premier.
Les propriétés de spin jouent un rôle essentiel dans la définition de nombreux concepts et résultats fondamentaux de la physique quantique. La compréhension du spin et de ses propriétés a des implications qui vont au-delà de la compréhension théorique pure. Elle trouve une application dans la technologie de l'imagerie par résonance magnétique (IRM), une technique largement utilisée en médecine aujourd'hui.
Les propriétés de spin ne se limitent pas à une valeur mathématique ou à un concept théorique. En fait, ces propriétés influencent grandement la façon dont les particules se comportent et interagissent entre elles.
Dans l'atome, c'est l'alignement (ou le désalignement) des spins des électrons qui affecte de façon significative les propriétés magnétiques de la matière. Des spins parallèles créent un champ magnétique alors que des spins antiparallèles annulent le champ magnétique.
L’IRM en pratique clinique ne s’intéresse qu’au noyau d’hydrogène 1H, le proton, car il est très abondant dans le corps humain. Le noyau d'hydrogène, constitué d'un proton, possède des propriétés magnétiques. On peut représenter le moment magnétique sous la forme d'un vecteur en rotation sur lui-même : ceci caractérise le spin du proton.
Ce moment magnétique peut être matérialisé par une flèche dont la grandeur représente son importance et dont la direction est donnée par le sens de la flèche.
À l'état de repos, ces vecteurs en rotation ont une orientation aléatoire. La résultante magnétique de l'ensemble est donc nulle. Soumis à un champ magnétique intense appelé B0, les spins s'orientent dans l'axe du champ, soit dans le même sens ("parallèle"), soit dans le sens contraire ("antiparallèle"). D’autres noyaux présents dans le corps humain ont des propriétés magnétiques : 13C, 19F, 31P, 23Na. Étant donné leur très faible proportion dans les milieux biologiques par rapport à l'hydrogène et la nécessité d’une chaîne radiofréquence adaptée à leur fréquence de résonance, ils sont surtout étudiés dans le domaine de la recherche.
Pour résumer, toute charge électrique en mouvement induit la formation d’un champ magnétique. Le proton de l’hydrogène tourne sur lui-même et induit la formation d’un champ magnétique autour de lui parce que la charge électrique qu'il contient est en mouvement.
Dans les prochains posts j'introduirai d'autres concepts de la mécanique quantique essentiels dans la compréhension de l'infiniment grand tel que le principe d'incertitude d'Eisenberg qui stipule qu'on ne peut mesurer à la fois la vitesse et la position d'une particule.
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