Un peu de physique...

La raie à 21 cm de l'hydrogène

Si vous vous intéressez à l’astronomie, vous ne pouvez pas ne pas avoir entendu parler de la raie à 21 cm de l’hydrogène. Cette raie d’émission de l’atome d’hydrogène est un marqueur de l’existence de nuages d’hydrogène à l’état atomique dans l’espace interstellaire. A quoi correspond-elle ?

L’atome d’hydrogène est composé d’un proton et d’un électron. L’électron occupe le niveau d’énergie 1s. Dans ce niveau, deux configurations sont possibles suivant que le spin de l’électron et celui du proton sont parallèles ou antiparallèles. Or la configuration antiparallèle correspond à un niveau d’énergie un peu plus faible. La différence est minime, moins d’un millionième d’eV. C’est cependant suffisant pour que les électrons qui passent de la configuration parallèle à la configuration antiparallèle émettent un photon dont la fréquence est de 1420,4 MHz, soit 21 cm de longueur d’onde. Cette transition est appelée transition hyperfine de l’hydrogène.

Elle est caractéristique de l’hydrogène à l’état atomique. Lorsque l’hydrogène est à l’état moléculaire H2, le principe d’exclusion de Pauli impose en effet que les deux électrons que se partagent les deux atomes de molécule aient un spin différent, ce qui rend impossible la transition.

 

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