Le spin 1/2 est la première découverte véritablement révolutionnaire de la mécanique quantique. Aussi bien les propriétés de cette grandeur physique en elle-même, que l’importance de son existence et l’universalité de ses effets dans la physique étaient totalement insoupçonnés.
Le phénomène physique est le suivant.
Pour décrire complètement le comportement physique d’un électron, on ne peut pas se limiter à ses degrés de liberté de translation dans l’espace, on doit prendre en compte l’existence d’un degré de liberté interne, qui correspond à un moment cinétique propre.
Autrement dit, l’électron, qui est une particule ponctuelle, « tourne » sur lui-même ! Nous disons « tourne » avec des guillemets. Méfions-nous des mots, car ce moment cinétique intrinsèque, ce moment cinétique propre, est purement quantique, il n’a aucun analogue classique hormis d’être un moment cinétique.
On peut se laisser guider l’esprit par des analogies, imaginer que l’électron est une sorte de toupie, mais gardons en permanence le mot quantique en tête. L’électr est un objet ponctuel jusqu’à 10−18 m. Il faut admettre qu’un objet ponctuel peut posséder un moment cinétique intrinsèque. (Le photon, qui est ponctuel, possède un moment cinétique propre, et a une masse nulle, est, à cet égard, encore plus étrange.)
Expérimentalement, sans entrer dans le moindre détail expérimental, les faits sont les suivants.
En mesurant la projection sur un axe quelconque de ce moment cinétique, quel que soit l’état de l’électron, on trouve toujours l’une des 2 valeur…