Effet Einstein-de Haas
L’effet Einstein–de Haas, ou effet Richardson (en référence à Owen Willans Richardson), est un phénomène physique mis en évidence par Albert Einstein et Wander Johannes de Haas au milieu des années 1910 : il montre la relation entre magnétisme, moment angulaire, et spin des particules élémentaires. Rowan de Haas, le fils du découvreur, contribua lui aussi à en faire la théorie, et en appliqua les principes à l'industrie sidérurgique.
Description
Cet effet correspond à la rotation communiquée à un matériau ferromagnétique (de forme cylindrique) initialement au repos, suspendu par un fil au centre d'un solénoïde, lorsque le solénoïde est parcouru par un courant électrique[1]. À cette rotation d’un corps ferromagnétique (disons du fer), on associe un moment cinétique qui, en vertu de la loi de conservation du moment cinétique, doit être compensé par un moment antagoniste de même intensité au cœur du matériau. Étant donné qu'un champ magnétique externe, ici engendré par la circulation d’un courant électrique à travers le solénoïde, produit la magnétisation du spin des électrons dans le matériau (ou une inversion de spin dans un électro-aimant — à condition que le sens du courant soit convenablement choisi), l’effet Einstein–de Haas met en évidence que le moment cinétique de spin est effectivement de même nature que le moment cinétique des solides en rotation tels que le décrit la mécanique classique. C’est là un fait remarquable, puisque le spin des électrons, qui est une grandeur discontinue, ne peut être décrit dans le cadre de la mécanique classique.
Commentant les articles d’Einstein, Calaprice écrit à ce propos[2] :
« 52. [A. Einstein, W. J. de Haas,] Experimenteller Nachweis der Ampereschen Molekularströme [Experimental Proof of Ampère's Molecular Currents], Deutsche Physikalische Gesellschaft, Verhandlungen 17 (1915): 152-170. »
« Considérant l’hypothèse d’Ampère d'après laquelle le magnétisme est engendré par les rotations microscopiques de charges électriques, les auteurs ont suggéré de mettre à l'épreuve la théorie de Lorentz selon laquelle les particules en rotation sont des électrons. Le but de cette expérience était de mesurer le couple développé par inversion de la magnétisation d'un cylindre en fer. »
Calaprice poursuit :
« 53. [A. Einstein, W. J. de Haas,] Experimental Proof of the Existence of Ampère's Molecular Currents (in English), Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, Proceedings 18 (1915-16). »
« Einstein co-rédigea trois articles avec Wander J. de Haas sur les recherches expérimentales qu'ils avaient menées ensemble à propos des courants moléculaires d'Ampère, à savoir l'effet Einstein–de Haas. Lorsque le physicien néerlandais H. A. Lorentz releva une erreur, il corrigea immédiatement l'article 52 (ci-dessus). Outre les deux articles ci-dessus [c'est-à-dire 52 et 53] Einstein et de Haas co-écrivirent un "Commentaire" sur l'article 53 plus tard dans l'année, dans la même revue. Cette question n'avait qu'un lien indirect avec les intérêts pour la physique d'Einstein mais, comme il l'écrivit à son ami Michele Besso, « sur mes vieux jours j'éprouve une passion croissante pour l'expérimentation. » »
Les calculs fondés sur le modèle de spin d'électron en tant que mouvement de charge électrique sous-estiment ce moment magnétique d'un facteur d'environ 2, le facteur de Landé. La description correcte de ce moment magnétique requiert les hypothèses de l’électrodynamique quantique.
Voir également
Notes
- On trouvera le contexte historique et une explication simple dans David R Topper, Quirky sides of scientists: true tales of ingenuity and error from physics and astronomy, Springer, (ISBN 0-387-71018-3), p. 11
- Alice Calaprice, The Einstein Almanac (Johns Hopkins University Press, Baltimore, 2005), p. 45. (ISBN 0-8018-8021-1)
Bibliographie
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Einstein%E2%80%93de_Haas_effect » (voir la liste des auteurs).
- O. W. Richardson, A mechanical effect accompanying magnetization, Physical Review (Series I), Vol. 26, numéro 3, p. 248–253 (1908).
- A. Einstein, W. J. de Haas, Experimenteller Nachweis der Ampereschen Molekularströme, Deutsche Physikalische Gesellschaft, Verhandlungen 17, p. 152–170 (1915).
- A. Einstein, W. J. de Haas, proof of the existence of Ampère's molecular currents (en anglais), Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam, Proceedings, 18 I, p. 696–711 (1915).
- Yakov Frenkel, On the history of the Einstein–de Haas effect, Soviet Physics Uspekhi, Vol. 22, numéro 7, p. 580–587 (1979).
Liens externes
- « L'unique expérience jamais faite par Einstein » (site de la Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Allemagne ). On y voit une reproduction de l'appareil utilisé à l'origine pour l'expérience d'Einstein et de Haas.
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