Otto Stern, né en 1888 en Haute-Silésie dans une famille juive de négociants en grains, travaille à Francfort avec Walther Gerlach.
Dans la nuit du 7 au 8 février 1922, ils font passer un jet d'atomes d'argent à travers un champ magnétique non uniforme, et recueillent le dépôt sur une plaque.
Deux taches au lieu d'une
Selon la physique classique, les atomes devaient se répartir en une bande continue : leurs moments magnétiques pouvant prendre n'importe quelle orientation, ils devaient être déviés de toutes les manières possibles.
Le dépôt montre deux traces distinctes, et rien entre les deux.
L'orientation des atomes dans le champ ne prend donc que des valeurs discrètes. C'est ce qu'on appelle la quantification spatiale — une prédiction de la théorie quantique naissante, jusque-là purement théorique, rendue visible sur une plaque.
Une anecdote de laboratoire
Le dépôt d'argent était trop mince pour être vu. Il n'est apparu, raconte Stern, qu'en approchant la plaque de son visage : la fumée de ses mauvais cigares, riche en soufre, a transformé l'argent en sulfure d'argent, noir, et révélé les deux traces.
Stern gagnait mal sa vie et fumait des cigares bon marché. L'anecdote est rapportée par lui-même et souvent citée.
Elle vaut ce que valent les anecdotes de laboratoire ; celle-ci a le mérite d'expliquer un détail technique réel — pourquoi il fallait révéler le dépôt.
1933
Stern dirige à partir de 1923 un institut à Hambourg, où il fait une décennie de travaux décisifs sur les jets moléculaires et mesure le moment magnétique du proton — dont la valeur, très éloignée de la prédiction, ouvre un champ entier.
En 1933, en raison de son ascendance juive, il est contraint de démissionner. Il émigre aux États-Unis et poursuit sa carrière à Pittsburgh.
Il reçoit le prix Nobel de physique de 1943 — décerné en 1944 —, non pour l'expérience de 1922 mais pour la méthode des jets moléculaires et la mesure du moment magnétique du proton. Il est le deuxième homme le plus nommé de l'histoire du prix : quatre-vingt-deux nominations entre 1925 et 1945.
Ce que 1922 a laissé
L'expérience Stern-Gerlach est aujourd'hui l'exemple canonique par lequel on introduit la mesure quantique dans tous les cours de physique du monde.
Gerlach, qui n'était pas juif, est resté en Allemagne et a travaillé pendant la guerre au programme nucléaire allemand. Les deux hommes ont repris contact après 1945.
Une expérience faite à deux, une plaque révélée par la fumée d'un cigare, et deux trajectoires que l'histoire allemande a séparées en 1933.