EXPERIENCE DE STERN ET GERLACH

Cette expérience a été réalisée à Francfort en 1922. Le dispositif expérimental comprend un four contenant une vapeur métallique (atomes d'argent) émettant un jet atomique plat et bien parallèle dans une enceinte vidée d'air. Ce jet atomique essentiellement monocinétique traverse un filtre magnétique constitué par deux pièces polaires très dissymétriques P1 et P2.

Dans l'entrefer, les atomes rencontrent un champ inhomogène B(z) avec un fort gradient dB/dz

Ils sont donc soumis à une force proportionnelle à la composante Mz de leur moment magnétique.

 sans champ magnétique, le faisceau forme une trace linéaire sur un écran
perpendiculaire;

en présence de champ magnétique, la tâche n'est pas du tout étalée mais partagée en plusieurs composantes discrètes plus ou moins déviées vers le bas et vers le haut.

D'après l'expérience, il n'existe pour les atomes du jet que deux états possibles dans le champ statique:

•  un état avec un moment magnétique Mz = +μ;
  
•  un état avec un moment magnétique Mz = -μ
  

On assiste aussi à une décomposition des raies émises par une substance dans un champ magnétique en raies moins prononcées, avaient remarqué les physiciens pendant la même période.
Pour donner une explication à ces deux observations, UHLENBECK et GOUDSMIT émirent en 1925 l'hypothèse du SPIN.
Le spin caractérise l'électron et toutes les particules. Il n'est cependant pas une rotation de l'électron sur son axe comme le soutiennent certains ouvrages de vulgarisation scientifique, puisque l'électron est assimilé à un point et ne dispose donc pas d'axe de rotation.
Le spin d'une particule ne dépendant pas de son mouvement, il est intrinsèque aux particules à l'image de l'énergie au repos. Le spin différencie les quanta de champ et les particules matière.

En effet:

• les particules de matière ont des spins qui ne peuvent être que la moitié de la constante de PLANCK ;
• les quanta de champ ont des spins nuls ou entiers de la constante de PLANCK.