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Journal de physique

Depolarization, broadening and shift of the Rb 5 2p1/2 → 5 2s1/2 resonance line perturbed by rare gases

E. Roueff, H. Abgrall

Published Jan 1, 1977• 6 citations
Publisher

Abstract

Résumé. 2014 On calcule les constantes de dépolarisation, d’élargissement et de déplacement de la raie de résonance du rubidium 5 2P1/2 ~ 5 2S1/2 perturbée par tous les gaz rares dans l’approximation semi-classique en négligeant le transfert d’excitation vers le niveau 5 2P3/2 dans la gamme de tem-pérature 100-1 000 K. Les effets de trajectoire sont discutés. Les calculs ont été effectués en utilisant les potentiels interatomiques récemment publiés par Baylis [1] (1) et Pascale et Vandeplanque [2]. La comparaison des résultats théoriques et expéri-mentaux, quand ils existent, permet un test des potentiels et du traitement de la collision. Abstract. 2014 The depolarization, broadening and shift constants of the 5 2P1/2 ~ 5 2S1/2 resonance line perturbed by rare gases are calculated in the semi-classical approximation when neglecting the excitation transfer to the 2P3/2 state in the energy range 100-1 000 K. Trajectory effects are discussed. The calculations have been performed with the interatomic potential recently published by Baylis [1] (1) and Pascale and Vandeplanque [2] for all rare gases. Comparison with experiments, when available, permits a test of the potentials and the collision treatment.

DOI
10.1051/jphys:0197700380120148500

Related papers

Relaxation par collisions des états excités d'un atome

A. Omont

La théorie des collisions interatomiques, dans le cadre de l'approximation soudaine, est généralisée de façon à calculer l'influence de ces collisions sur l'évolution de la matrice densité de l'état excité des atomes d'une vapeur. On se limite à l'étude de l'interaction électrostatique dipolaire et de ses termes du premier ordre (résonnants) et du deuxième ordre (non-résonnants). Pour effectuer la moyenne des effets d'une collision, on utilise systématiquement un développement de la matrice densité en composantes standard d'opérateurs tensoriels irréductibles ; ceci permet de simplifier la définition et le calcul des sections efficaces et des temps de relaxation correspondant aux différentes observables. Ce traitement est étendu au cas d'isotopes impairs en supposant que chaque collision n'affecte que la partie électronique de la fonction d'onde de l'atome. On confronte enfin les résultats de cette théorie avec ceux de diverses expériences (double résonance, dépolarisation du rayonnement de résonance, transfert d'excitation entre différents isotopes d'un même élément...) réalisées sur les niveaux triplets du mercure, du cadmium et du zinc (collisions Hg-Hg, Cd-Cd, Zn-Zn et Hg-gaz rares).

Journal de physique•Jan 1, 1965•272 citations

Collisions en champ magnétique intense. II) Collisions non résonnantes (potentiel de Van Der Waals)

J. C. Gay

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.

Journal de physique•Jan 1, 1976•6 citations

SENSITIZED FLUORESCENCE IN VAPORS OF ALKALI METALS: VI. ENERGY TRANSFER IN COLLISIONS BETWEEN RUBIDIUM AND INERT GAS ATOMS

Bruce Pitre, A. G. A. Rae, L. Krause

The total cross sections for inelastic collisions between rubidium and inert gas atoms, leading to a transfer of excitation between the 5 2P1/2 and 5 2P3/2 levels in rubidium, have been determined in a study of sensitized fluorescence in rubidium – inert gas mixtures. The experiments were performed at a rubidium vapor pressure of 1.5 × 10−6 mm Hg, at which there is no imprisonment of resonance radiation, and over a range of inert gas pressures extending from 1 to 350 mm Hg. The cross sections Q1(5 2P1/2 → 5 2P3/2) and Q2(5 2P1/2 ← 5 2P3/2) are as follows: Rb–He: 7.6 × 10−18 and 10.3 × 10−18 cm2; Rb–Ne: 1.7 × 10−19 and 2.3 × 10−19 cm2; Rb–A: 1.0 × 10−19 and 1.6 × 10−19 cm2; Rb–Kr: 6.4 × 10−20 and 1.5 × 10−19 cm2; Rb–Xe: 7.9 × 10−20 and 2.1 × 10−19 cm2. The cross sections are subject to two apparent anomalies: they do not vary monotonically with the polarizabilities of the inert gases and not all of their ratios Q1/Q2 have values predicted by the principle of detailed balancing. These properties of the cross sections, as well as a partial disagreement with Franck's rule, are interpreted qualitatively in terms of a "free particle" interaction between the inert gas atoms and the 5 2P orbital electron in rubidium. A competing process involving three-body collisions and the possible formation of Rb – inert gas van der Waals' molecules is also suggested.

Canadian Journal of Physics•Apr 1, 1966•38 citations

MESURES DE POLARISATION DE RAIES DU SPECTRE D'ATOMES DE CUIVRE EXCITÉS ET ORIENTÉS PAR IMPACT D'ÉLECTRONS, EN RELATION AVEC L'ÉNERGIE DES ÉLECTRONS ET LA PRÉSENCE D'UN CHAMP MAGNÉTIQUE

H.‐U. Martyn, Michael v. Hartrott, Gebhard von Oppen

Les atomes de cuivre d'un faisceau atomique, pris dans l'état fondamental 4 s 2S1/2- ont été excités par des électrons de quantité de mouvement initiale parallèle à un champ magnétique statique. On a mesuré, pour différentes énergies ( < 200 eV) et dans la direction perpendiculaire au faisceau d'électrons, la polarisation des raies provenant des niveaux 4 p 2P1/2,3/2- et 4 d 2D3/2, 5/2-, en relation avec le champ magnétique statique (entre 0 et 80 œ). Pour la raie 3 273 Å (2P1/2-2S1/2), en accord avec la théorie, on n'a observé aucune polarisation. En ce qui concerne la raie 3 247 Å (2P3/2-2S1/2), le champ magnétique appliqué était trop faible pour influer sur la polarisation, qui passe de valeurs positives aux basses énergies des électrons à des valeurs négatives pour des énergies plus élevés. Mais, comme les structures hyperfines des niveaux 4 d 2D sont plus faibles, un découplage a été observé, et on a mesuré un accroissement prononcé des raies 5 153 et 5 218 Å (2D3/2-2P1/2 et 2D5/2-2P3/2) quand on passe d'un champ magnétique faible un plus fort. La polarisation atteint sa valeur moyenne entre celles des champs faibles et forts 26 œ pour la raie 5 153 Å et à 11 œ pour la raie 5 218 Å. On discute la polarisation de la raie 5 153 Å par rapport au facteur A et à la durée de vie du niveau 2D3/2 en utilisant la formule de Breit, légèrement modifiée, pour la résonance optique. Le transfert plus important du moment cinétique dans le processus d'excitation rend plus compliqués les calculs de polarisation de la raie 5 218 Å.

Le Journal de Physique Colloques•Jan 1, 1969•0 citations

Inert-gas collisional broadening and shifts of Rb Rydberg states

W.-Ü L. Tchang-Brillet, Alan C. Gallagher

The broadening and shift of several Rb $3S\ensuremath{-}\mathrm{nS}$ and $3S\ensuremath{-}\mathrm{nD}$ transitions perturbed by inert gases have been measured by Doppler-free two-photon absorption and fluorescence detection. The measured shifts are in reasonable agreement with the theoretical predictions, whereas the measured broadening rates are found to be much larger.

Physical Review A•Sep 1, 1980•42 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

J. C. Gay

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.

Journal de physique•Jan 1, 1974•14 citations
Résumé. 2014 On calcule les constantes de dépolarisation, d’élargissement et de déplacement de la raie de résonance du rubidium 5 2P1/2 ~ 5 2S1/2 perturbée par tous les gaz rares dans l’approximation semi-classique en négligeant le transfert d’excitation vers le niveau 5 2P3/2 dans la gamme de tem-pérature 100-1 000 K. Les effets de trajectoire sont discutés. Les calculs ont été effectués en utilisant les potentiels interatomiques récemment publiés par Baylis [1] (1) et Pascale et Vandeplanque [2]. La comparaison des résultats théoriques et expéri-mentaux, quand ils existent, permet un test des potentiels et du traitement de la collision. Abstract. 2014 The depolarization, broadening and shift constants of the 5 2P1/2 ~ 5 2S1/2 resonance line perturbed by rare gases are calculated in the semi-classical approximation when neglecting the excitation transfer to the 2P3/2 state in the energy range 100-1 000 K. Trajectory effects are discussed. The calculations have been performed with the interatomic potential recently published by Baylis [1] (1) and Pascale and Vandeplanque [2] for all rare gases. Comparison with experiments, when available, permits a test of the potentials and the collision treatment.
La théorie des collisions interatomiques, dans le cadre de l'approximation soudaine, est généralisée de façon à calculer l'influence de ces collisions sur l'évolution de la matrice densité de l'état excité des atomes d'une vapeur. On se limite à l'étude de l'interaction électrostatique dipolaire et de ses termes du premier ordre (résonnants) et du deuxième ordre (non-résonnants). Pour effectuer la moyenne des effets d'une collision, on utilise systématiquement un développement de la matrice densité en composantes standard d'opérateurs tensoriels irréductibles ; ceci permet de simplifier la définition et le calcul des sections efficaces et des temps de relaxation correspondant aux différentes observables. Ce traitement est étendu au cas d'isotopes impairs en supposant que chaque collision n'affecte que la partie électronique de la fonction d'onde de l'atome. On confronte enfin les résultats de cette théorie avec ceux de diverses expériences (double résonance, dépolarisation du rayonnement de résonance, transfert d'excitation entre différents isotopes d'un même élément...) réalisées sur les niveaux triplets du mercure, du cadmium et du zinc (collisions Hg-Hg, Cd-Cd, Zn-Zn et Hg-gaz rares).
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.
The total cross sections for inelastic collisions between rubidium and inert gas atoms, leading to a transfer of excitation between the 5 2P1/2 and 5 2P3/2 levels in rubidium, have been determined in a study of sensitized fluorescence in rubidium – inert gas mixtures. The experiments were performed at a rubidium vapor pressure of 1.5 × 10−6 mm Hg, at which there is no imprisonment of resonance radiation, and over a range of inert gas pressures extending from 1 to 350 mm Hg. The cross sections Q1(5 2P1/2 → 5 2P3/2) and Q2(5 2P1/2 ← 5 2P3/2) are as follows: Rb–He: 7.6 × 10−18 and 10.3 × 10−18 cm2; Rb–Ne: 1.7 × 10−19 and 2.3 × 10−19 cm2; Rb–A: 1.0 × 10−19 and 1.6 × 10−19 cm2; Rb–Kr: 6.4 × 10−20 and 1.5 × 10−19 cm2; Rb–Xe: 7.9 × 10−20 and 2.1 × 10−19 cm2. The cross sections are subject to two apparent anomalies: they do not vary monotonically with the polarizabilities of the inert gases and not all of their ratios Q1/Q2 have values predicted by the principle of detailed balancing. These properties of the cross sections, as well as a partial disagreement with Franck's rule, are interpreted qualitatively in terms of a "free particle" interaction between the inert gas atoms and the 5 2P orbital electron in rubidium. A competing process involving three-body collisions and the possible formation of Rb – inert gas van der Waals' molecules is also suggested.
Les atomes de cuivre d'un faisceau atomique, pris dans l'état fondamental 4 s 2S1/2- ont été excités par des électrons de quantité de mouvement initiale parallèle à un champ magnétique statique. On a mesuré, pour différentes énergies ( < 200 eV) et dans la direction perpendiculaire au faisceau d'électrons, la polarisation des raies provenant des niveaux 4 p 2P1/2,3/2- et 4 d 2D3/2, 5/2-, en relation avec le champ magnétique statique (entre 0 et 80 œ). Pour la raie 3 273 Å (2P1/2-2S1/2), en accord avec la théorie, on n'a observé aucune polarisation. En ce qui concerne la raie 3 247 Å (2P3/2-2S1/2), le champ magnétique appliqué était trop faible pour influer sur la polarisation, qui passe de valeurs positives aux basses énergies des électrons à des valeurs négatives pour des énergies plus élevés. Mais, comme les structures hyperfines des niveaux 4 d 2D sont plus faibles, un découplage a été observé, et on a mesuré un accroissement prononcé des raies 5 153 et 5 218 Å (2D3/2-2P1/2 et 2D5/2-2P3/2) quand on passe d'un champ magnétique faible un plus fort. La polarisation atteint sa valeur moyenne entre celles des champs faibles et forts 26 œ pour la raie 5 153 Å et à 11 œ pour la raie 5 218 Å. On discute la polarisation de la raie 5 153 Å par rapport au facteur A et à la durée de vie du niveau 2D3/2 en utilisant la formule de Breit, légèrement modifiée, pour la résonance optique. Le transfert plus important du moment cinétique dans le processus d'excitation rend plus compliqués les calculs de polarisation de la raie 5 218 Å.
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.