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Journal de Physique Lettres

Quasi resonant collisional excitation transfer between Zeeman sublevels in high magnetic fields

J. C. Gay, Werner B. Schneider

Published Jan 1, 1975• 12 citations
Publisher

Abstract

La décroissance du taux de transfert entre sous-niveaux Zeeman du niveau 6 3P1 en champ magnétique intense est étudiée dans le cas des collisions Hg*-Hg et comparée à la théorie. Les résultats de l'étude préliminaire dans une gamme de champ de 8 teslas des collisions Hg*-gaz rares sont également donnés.
DOI
10.1051/jphyslet:01975003607-8018500

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Journal de physique•Jan 1, 1976•6 citations

Etude des transferts intra et intermultiplet dans le mercure induits par collissions : hg-h#2, d#2, hd, hg-hg, hg-gaz rare

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Dans cette these nous nous sommes interesse a l'etude de deux effets de collision sur l'atome de mercure excite. 1) relaxation des niveaux 6#3p#j=0,1,2 et transfert intramultiplet (6#3p#j6#3p#j#) induits par collision avec h#2. La methode experimentale utilisant une detection de fluorescence induite par laser est decrite. Les sections efficaces de relaxation et de transfert ont ete determinees. Les effets isotopiques ont aussi ete observes en remplacant h#2 par hd et d#2. Plusieurs modeles ont ete consideres pour interpreter le transfert le plus important 6#3p#26#3p#1. C'est celui fonde sur l'existence de couplages non-adiabatiques associes a la vibration du partenaire de collision qui explique le mieux les resultats experimentaux. Toutefois le desaccord entre calcul et experience qui persiste dans le cas de d#2 montre que ce modele doit etre ameliore en tenant compte de la rotation moleculaire. 2) transfert intermultiplet 7#1s#07#3s#1 induit par collision avec hg(6#1s#0), h#2, d#2, he, xe. Le niveau 7#1s#0 est peuple par excitation a deux photons. La methode ayant permis de mesurer les differentes sections efficaces de transfert est exposee. L'inefficacite des gaz rares a ete montree. L'effet isotopique (h#2/d#2) a ete etudie. Les mecanismes possibles de transfert dans le cas hg-hg sont discutes qualitativement

•Jan 1, 1991•0 citations

Influence d'un écart a la résonance sur les sections efficaces de collisions quasi résonnantes II) cas d'une transition de résonance J = 1 → J = 0 et applications

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On étudie dans le cas de transitions J = 1 → J = 0 les sections efficaces de collisions résonnantes dans des situations où le transfert de l'excitation entre les deux atomes durant la collision n'est pas parfaitement résonnant. Les effets de ce caractère du transfert de l'excitation sont une diminution très rapide des taux de relaxation et de transfert des observables de l'état excité des atomes et l'apparition d'un déplacement de la raie optique de l'atome émetteur pouvant devenir comparable à l'élargissement de cette raie par le potentiel dipôle-dipôle. La comparaison des résultats (obtenus par résolution numérique de l'équation de Schrôdinger) à ceux que donne la méthode approchée développée par Omont met en évidence l'insuffisance de l'approximation de Born semi-classique pour décrire les taux de transfert dès que celui-ci devient non résonnant. La validité de l'utilisation d'une telle approximation dans le domaine des collisions moléculaires (transfert entre niveaux de rotation) pourrait donc être à reconsidérer. L'application des résultats à diverses situations physiques est discutée et les extensions possibles de ce type d'études décrites.

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Des expériences récentes ont montré que l'on peut observer des transitions dipolaires magnétiques n'obéissant pas aux règles de sélection Δm = ± 1,0 (m étant la projection du moment angulaire total de l'atome sur le champ statique H0). L'influence d'un champ magnétique oscillant de pulsation ω sur les sous-niveaux Zeeman d'un atome a été étudiée d'une façon assez détaillée. Trois cas sont à distinguer : 1) Le champ perturbateur est un champ tournant perpendiculaire à H0 (pulsation ω, amplitude H1 ). Il y a résonance chaque fois que la pulsation ω obéit à l'équation E(m) — E(m') = ħω(m — m') E(m) étant l'énergie d'un état m. Au voisinage d'une résonance, il est possible de calculer complètement la probabilité de transition. 2) Le champ oscillant est un champ elliptique (d'orientation quelconque par rapport à H 0). Un nouveau type de résonance apparaît alors. Supposons par exemple J = 1/2 (I = 0) ; en plus de la résonance ħ ω = E(+ 1/2) — E(— 1/2) obtenu dans le 1er cas, on montre qu'il y a résonance chaque fois que la relation pħ ω = E(+ 1/2) — E(—1/2) est vérifiée (p entier quelconque). L'existence de telles transitions peut se comprendre en invoquant la loi de conversation du moment angulaire total du système constitué par l'atome et les photons de radiofréquence. 3) Il y a deux champs oscillants à des fréquences différentes ω et ω' : Dans le cas J = 1/2 I = 0. Il y a résonance chaque fois que E(1/2) — E(—1/2) = ħ(p ω + q ω') (p, q entier positif ou négatif). Dans les trois cas, nous avons calculé les déplacements, largeurs et intensités des résonances en fonction de l'intensité H1 du champ de radiofréquence. Ces théories ont été vérifiées expérimentalement sur l'état fondamental de l'atome de sodium (J = 1/2, I = 3/2). Nous avons employé une vapeur saturante de sodium orientée optiquement en présence d'un gaz étranger. Les résonances sont détectées optiquement. Les vérifications ont porté sur les points suivants : 1) Mise en évidence des résonances multiples, 2) position des résonances, 3) variation de leur largeur et de leur intensité avec H1. En particulier nous avons vérifié que les déplacements des résonances varient toujours comme H 21 alors que la largeur d'une résonance utilisant p quanta varie comme Hp1. L'accord entre la théorie et l'expérience est bon. Nous avons également mesuré les largeurs de raies pour de faibles niveaux de radiofréquence ce qui nous permet de déterminer la largeur de raie provenant de la relaxation. Elle est de l'ordre de 200 cycles.

Journal de physique•Jan 1, 1958•22 citations

Addenda à l'article - Collisions inélastiques entre atomes de mercure dans des états excités et atomes de gaz rares aux molécules d'azote

D. Lecler, B. Laniepce, F. Sage

Les niveaux 6 1D2 ou 6 3D2 de la configuration 6s 6d de Hg sont peuplés sélectivement par un laser à colorant à partir du niveau de résonance 6s 6p 1P1 peuplé optiquement. On mesure les sections efficaces de transfert de population vers le niveau 6 3D3 sous l'effet de collisions inélastiques avec des atomes de gaz rares ou des molécules d'azote. L'excitation sélective du niveau 61P1 permet d'améliorer considérablement la précision des résultats déjà obtenus et publiés récemment [1].

Journal de physique•Jan 1, 1976•5 citations
On étudie les effets d'un champ magnétique intense sur la relaxation et le transfert d'excitation par collisions résonnantes entre atomes identiques en phase vapeur. On suppose que le potentiel pendant la collision qui est traitée dans l'approximation d'impact à trajectoire rectiligne, est le potentiel dipôle-dipôle en R-3. On se limite au cas de transitions de résonance J = 1 → J = 0. On suppose que l'ordre de grandeur du champ magnétique est tel que la précession de Larmor de l'état excité J = 1 des atomes ne peut pas être négligée pendant la durée de la collision. Dans notre modèle, les effets liés au caractère fini de la durée de l'interaction comparée à la période de Larmor sont donc pris en compte. Le champ est d'autre part supposé assez faible pour que la levée de dégénérescence Zeeman de l'état excité puisse être considérée comme petite comparée à l'énergie thermique kT des atomes. On montre qu'en présence du champ magnétique, la matrice de relaxation ne possède plus la symétrie sphérique mais conserve néanmoins certaines propriétés de symétrie. Les variations avec le champ des taux de relaxation et de transfert par collisions entre atomes et entre sous-niveaux Zeeman sont calculées par résolution numérique de l'équation de Schrodinger. Diverses applications et extensions de ce travail sont mentionnées et l'on compare les prévisions aux résultats de récentes expériences.
L'influence d'un champ magnétique intense sur les collisions en phase vapeur est étudiée dans le cas des collisions non résonnantes entre un atome excité dans un niveau J = 1 et un atome perturbateur sans structure dans l'état fondamental. Le modèle suppose que le potentiel d'interaction varie en R -6 avec la distance. On ne prend en considération que la partie anisotrope de l'interaction. La collision est traitée dans l'approximation d'impact à trajectoires rectilignes. Les hypothèses admises dans ce modèle sont donc a priori justifiées essentiellement dans le cas des collisions entre atomes lourds. Les effets du caractère fini de la durée de la collision comparée à la période de l'évolution du niveau excité sous l'influence du champ sont traités. On établit dans ce modèle simple les symétries de la matrice de relaxation à l'aide de méthodes exposées dans une précédente publication. On montre que la relaxation est anisotrope et qu'il existe en particulier des termes de couplage entre les composantes de l'orientation et de l'alignement dans l'état excité de l'atome. Ceci se traduit par l'existence de taux de transferts différents du sous-niveau Zeeman m = 0 vers les sous-niveaux m = ± 1. On en déduit une méthode simple pour déterminer le signe de l'anisotropie du potentiel. On donne enfin les variations en fonction du champ des diverses grandeurs décrivant la relaxation obtenues par résolution numérique de l'équation de Schrödinger. Les résultats sont comparés à ceux obtenus lors de récentes études expérimentales des collisions Hg-gaz rares dans des champs de 200 kG.
Dans cette these nous nous sommes interesse a l'etude de deux effets de collision sur l'atome de mercure excite. 1) relaxation des niveaux 6#3p#j=0,1,2 et transfert intramultiplet (6#3p#j6#3p#j#) induits par collision avec h#2. La methode experimentale utilisant une detection de fluorescence induite par laser est decrite. Les sections efficaces de relaxation et de transfert ont ete determinees. Les effets isotopiques ont aussi ete observes en remplacant h#2 par hd et d#2. Plusieurs modeles ont ete consideres pour interpreter le transfert le plus important 6#3p#26#3p#1. C'est celui fonde sur l'existence de couplages non-adiabatiques associes a la vibration du partenaire de collision qui explique le mieux les resultats experimentaux. Toutefois le desaccord entre calcul et experience qui persiste dans le cas de d#2 montre que ce modele doit etre ameliore en tenant compte de la rotation moleculaire. 2) transfert intermultiplet 7#1s#07#3s#1 induit par collision avec hg(6#1s#0), h#2, d#2, he, xe. Le niveau 7#1s#0 est peuple par excitation a deux photons. La methode ayant permis de mesurer les differentes sections efficaces de transfert est exposee. L'inefficacite des gaz rares a ete montree. L'effet isotopique (h#2/d#2) a ete etudie. Les mecanismes possibles de transfert dans le cas hg-hg sont discutes qualitativement
On étudie dans le cas de transitions J = 1 → J = 0 les sections efficaces de collisions résonnantes dans des situations où le transfert de l'excitation entre les deux atomes durant la collision n'est pas parfaitement résonnant. Les effets de ce caractère du transfert de l'excitation sont une diminution très rapide des taux de relaxation et de transfert des observables de l'état excité des atomes et l'apparition d'un déplacement de la raie optique de l'atome émetteur pouvant devenir comparable à l'élargissement de cette raie par le potentiel dipôle-dipôle. La comparaison des résultats (obtenus par résolution numérique de l'équation de Schrôdinger) à ceux que donne la méthode approchée développée par Omont met en évidence l'insuffisance de l'approximation de Born semi-classique pour décrire les taux de transfert dès que celui-ci devient non résonnant. La validité de l'utilisation d'une telle approximation dans le domaine des collisions moléculaires (transfert entre niveaux de rotation) pourrait donc être à reconsidérer. L'application des résultats à diverses situations physiques est discutée et les extensions possibles de ce type d'études décrites.
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Les niveaux 6 1D2 ou 6 3D2 de la configuration 6s 6d de Hg sont peuplés sélectivement par un laser à colorant à partir du niveau de résonance 6s 6p 1P1 peuplé optiquement. On mesure les sections efficaces de transfert de population vers le niveau 6 3D3 sous l'effet de collisions inélastiques avec des atomes de gaz rares ou des molécules d'azote. L'excitation sélective du niveau 61P1 permet d'améliorer considérablement la précision des résultats déjà obtenus et publiés récemment [1].