Spin et moment magnétique

Les différents mouvements des particules d'un atome

D’une manière schématique, on peut considérer l’atome comme une structure composée d’un noyau et d’électrons. Les protons sont chargés électriquement positivement; les électrons sont chargés négativement.

Tous les éléments de l’atome sont animés de mouvements :
1) Chaque électron tourne autour de son propre axe.
2) Chaque électron tourne autour du noyau.
3) Le noyau de l'atome tourne également autour de son propre axe.

L'atome d'hydrogène

L’hydrogène est composé d’un noyau contenant un unique proton autour duquel tourne un électron. En raison de la configuration particulière de l'atome d'hydrogène, son proton possède des propriétés spéciales qui permettent son utilisation dans l'imagerie par résonance magnétique (IRM).

L'atome d'hydrogène

Le corps humain contient une grande quantité de ces protons de l'atome d'hydrogène qui sont présent dans l'eau et la graisse. Au jour d'aujourd'hui (2011), l'imagerie par résonance magnétique du corps humain est basée sur l’étude des protons de ces atomes d'hydrogène.

Spin

En physique élémentaire, on considère que le proton de l'atome d'hydrogène tourne autour de son propre axe. Cette rotation du proton sur lui-même est caractérisée par une grandeur physique appelée moment angulaire intrinsèque. Ici, le spin est considéré comme une grandeur analogue à ce moment cinétique.

Note:
Le spin est un concept de la mécanique quantique. Sur ce site, la physique de l'IRM n'est abordée que d'un point de vue « classique » et très schématique.

Moment magnétique

Toute charge électrique en mouvement induit la formation d’un champ magnétique. Le proton de l’hydrogène tourne sur lui-même et, dés lors, il induit la formation d’un champ magnétique autour de lui parce que la charge électrique qu'il contient est en mouvement.

Ce proton de l'atome d'hydrogène possède un moment magnétique qui est représenté par un vecteur μ relié à son moment angulaire intrinsèque (ou spin) I par l'équation: μ = γ I   où γ est la constante gyromagnétique 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.

Bibliographie

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