Raie à 21 centimètres

vignette|Représentation du phénomène physique. En astronomie, l'expression raie à 21 cm désigne la raie spectrale en émission de longueur d'onde égale à dans le vide, et donc détectée dans le domaine des ondes radio. Le rayonnement électromagnétique à cette longueur d'onde est produit par de grands nuages d’hydrogène atomique (neutres). Le processus physique sous-jacent est la transition atomique entre les deux sous-niveaux de la structure hyperfine du niveau fondamental de l’atome d'hydrogène. Cette longueur d'onde et la fréquence correspondante sont considérées comme scientifiquement remarquables, et donc comme un point de Schelling dans le cadre des tentatives de communication avec des extraterrestres intelligents inconnus (SETI...). L'atome d’hydrogène est l'atome le plus simple de l’univers : son noyau est constitué d’un seul proton de charge électrique positive autour duquel se déplace un seul électron de charge négative. La mécanique quantique montre qu'il existe des endroits précis où peut se trouver cet électron autour du noyau, appelés orbitales. Identiques pour tous les atomes d’hydrogène, les orbitales correspondent à des niveaux d’énergie. Le niveau d’énergie le plus faible (et donc le plus stable) correspond à l’orbitale la plus proche du noyau : c’est le niveau fondamental. L’électron s'y trouve lorsqu'aucun agent extérieur ne vient l’exciter. En plus de se déplacer autour du noyau, l'électron effectue un autre mouvement appelé « spin » (le spin est un moment cinétique propre, quantique, sans équivalent classique). Le spin est une propriété commune à toutes les particules qui peut avoir, pour l'électron, deux valeurs opposées. Le proton a son propre spin et l'électron peut avoir un spin de même « sens » que celui-ci ou dans le sens contraire. Il se trouve que lorsque l’électron et le proton ont des spins parallèles, l’énergie de l’électron est très légèrement supérieure à l’autre cas de figure où les spins sont dits « anti-parallèles ».