Cette thèse est une étude des divers processus d'Ionisation collisionnelle d'atomes de rubidium très excités, à énergie thermique (450° K).Dans une cellule, les atomes alcalins excités par laser sont ionisés par collision avec un partenaire excité ou dans l'état fondamental.L'analyse des courants ioniques atomiques et moléculaires met en évidence les réactions principales d'Ionisation Penning atomique et Hornbeck Molnar associative :Rb(nl) + Rb(5p) => Rb+ + Rb + e-Rb(nl) + Rb(5s) => Rb2+ + e-L'étude théorique de ces réactions confirme les taux de réaction mesurés,La formation d'ions négatifs est aussi observée. Ces ions sont issus de la réaction :Rb(nl) + Rb(5s) => Rb+ + Rb-Les mécanismes de formation de la paire d'ions dépendent de la position en énergie du niveau excité initial.Enfin la section efficace du processus inélastique d'association d'énergie a été mesurée et interprétée :Rb(5p) + Rb(5p) => Rb(5d) + Rb(5s)
Cette thèse est une étude des divers processus d'Ionisation collisionnelle d'atomes de rubidium très excités, à énergie thermique (450° K).Dans une cellule, les atomes alcalins excités par laser sont ionisés par collision avec un partenaire excité ou dans l'état fondamental.L'analyse des courants ioniques atomiques et moléculaires met en évidence les réactions principales d'Ionisation Penning atomique et Hornbeck Molnar associative :Rb(nl) + Rb(5p) => Rb+ + Rb + e-Rb(nl) + Rb(5s) => Rb2+ + e-L'étude théorique de ces réactions confirme les taux de réaction mesurés,La formation d'ions négatifs est aussi observée. Ces ions sont issus de la réaction :Rb(nl) + Rb(5s) => Rb+ + Rb-Les mécanismes de formation de la paire d'ions dépendent de la position en énergie du niveau excité initial.Enfin la section efficace du processus inélastique d'association d'énergie a été mesurée et interprétée :Rb(5p) + Rb(5p) => Rb(5d) + Rb(5s)
Cette etude porte essentiellement sur les collisions ionisantes mettant en jeu des etats excites dans un melange de vapeurs saturantes K-Rb, a energie thermique. La methode experimentale consiste en l'excitation laser continue et resonnante en deux etapes des etats de Rydberg intermediaires (n 10) et l'analyse par spectrometrie de masse du courant d'ions. La relaxation radiative et colli sionnelle des atomes engendre un milieu complexe. Les processus collisionnels les plus efficaces sont l'ionisation Penning et l'ionisation Hornbeck-Molnar. Dans le systeme heteronucleaire Rb(nl) + K(4P) on pourrait s'attendre aux voies de sortie : Rb(nl) + K(4P) -- + e+ K + e + Rb + e. Les mesures montrent que la premiere voie a une section efficace moyenne de 10-13 cm2. Celles des autres sont au moins trois ordres de grandeurs plus petites et sont donc comparativement negligeables. L'ensemble des resultats obtenus a partir des niveaux 50 a lOS permet de montrer que le flux de la voie d'entree s'ionise a grande separation entre Rb(nl) et K(4P). Le processus d'ionisation est domine par les forces de polarisation, les forces d'echange etant comparativement negligeables. Dans le present melange, l'ionisation Hornbeck- Molnar conduit a la formation d'ions homonucleaires K2+, Rb2+ et heteronucleaires KRb+. Nous avons mesure les taux de reaction dans les systemes K ( nl) + Rb--KRb+ + e Rb(nl) + K--KRb+ + e-. Les taux de reaction augmentent avec l'enersie d'excitation de l'etat nl, ils ne presentent pas de differences fondamentales avec ceux connus dans les alcalins en phase vapeur pure.
Dans cette these, nous proposons un modele theorique complet de la reaction d'ionisation associative collisionnelle entre deux atomes de sodium excites par un rayonnement laser polarise. Ce modele combine le traitement du defaut quantique multivoies de l'autoionisation moleculaire a courte distance internucleaire et la description de la dynamique a grande distance a l'aide d'hypotheses semi-classiques, et tient compte des conditions d'excitation des partenaires de collision. Ce processus a fait l'objet de tres nombreuses etudes experimentales pendant les deux dernieres decennies. En jouant sur le schema d'excitation, on fait varier l'etat initial de la reaction et on observe un etat final (un ion moleculaire plus un electron libre) qui en depend fortement. Par ailleurs, l'interet pour cette reaction a recemment ete ravive par les experiences de photoassociation a deux couleurs dans un milieu d'atomes froids, ou l'ionisation associative sert de methode de detection. Nous confrontons notre modele a un grand nombre d'experiences realisees aux energies thermiques et qui ont fourni de nombreuses donnees sur la dependance en polarisation et en vitesse de la reaction consideree, lesquelles n'ont jamais ete completement interpretees. Il est en tres bon accord avec les mesures du taux de production d'ions dependant du schema d'excitation. Nous interpretons moins bien les resultats de la section efficace d'ionisation associative variant fortement avec la vitesse de collision, ce qui montre les limites de notre modele pour le traitement de la dynamique a grande distance internucleaire. Enfin, nous etendons notre modele a l'etude de l'ionisation associative entre atomes de potassium qui se produit dans des conditions tres differentes par rapport au cas du sodium du point de vue energetique et sur laquelle il n'existe que de tres rares donnees experimentales.
Cette these reporte une etude des proprietes collisionnelles des atomes de Rydberg avec des cibles neutres (atomique ou moleculaire). Ces collisions sont decrites dans le cadre de l'Approximation d'Impact (AI). Des methodes permettant l'evaluation du facteur de forme de la transition atomique, etape cle dans le calcul d'une section efficace, sont proposees et discutees. Celles-ci autorisent de nombreuses confrontations avec les resultats experimentaux. Les sections efficaces de depeuplement total d'etats de Rydberg du rubidium par des perturbateurs moleculaires (N2, CO, NH₃, ND₃) sont mesurees et comparees aux valeurs predites par l'AI. L'influence des moments multipolaires de la molecule ainsi que celui d'autres parametres physiques importants (le defaut d’energie de la reaction, par exemple) sont clairement etablies. Dans le cas des molecules dipolaires, le depeuplement total est principalement du au transfert quasi-resonnant d'energie ou l'energie interne (atomique ou rotationnelle) perdue par l'un des partenaires de la collision est gagnee par l'autre. Enfin, notre approche theorique est etendue aux etats moins excites et comparee a des resultats experimentaux.
Le couplage de la spectroscopie d'electrons, du rayonnement synchrotron et de faisceaux laser nous a permis d’etudier d’une part la photoionisation resonnante d’atomes aloalins ou aloalino-terreux initialement dans leur etat fondamental (Ba) ou excite (Ba*, Na*) d’autre part les processus de transfert collisionnels d'energie aboutissant a l'ionisation d'une vapeur d'atomes (Ba) irradiee par un rayonnement laser resonnant L'etude des differentes voies de relaxation des etats autoionisants peuples a partir de l’etat fondamental du baryum nous a permis de caracteriser differentes resonances d'excitation d’un electron 5p ainsi que de mesurer la force d'oscillateur associee a l'ensemble de ces transitions d'excitation. Nous avons egalement determine les seuils d'ionisation 5p vers lesquels convergent differente series du spectre de photoabsorption. La relaxation d'etats autoionisants peuples par rayonnement synchrotron a partir des etats 6s5d 1,3D du baryum excite a pu egalement etre observee et analysee pour la premiere fois, permettant la mise en evidence et la caracterisation des similarites et des differences dans le comportement d'atomes a l'etat fondamental et a l’etat excite. L'observation des electrons de tres basse energie emis dans les processus collisionnels de transfert d'energie et la mesure precise de leur energie cinetique a permis, dans le baryum excite, de determiner sans ambiguite la succession des mecanismes aboutissants a l'ionisation de la vapeur : collision d'association d'energie, collision d’energie Penning. Enfin, nous avons demontre, dans une experience de faisabilite realisee sur le sodium, la possibilite de peupler des etats tres excites proches de la limite d'ionisation en quantite suffisante pour que leur interaction avec le rayonnement synchrotron soit detectable L'autoionisation des etats ainsi crees par l'excitation d'un electron de couche interne et d'un electron de couche externe a ete observee et analysee. Les energies de ces etats ont ete mesurees ainsi que les forces d’oscillateur relatives des transitions conduisant a leur creation.
Lors d’une collision radiative, le transfert d’excitation vers l’etat final resulte de l’action conjuguee de l’interaction collisionnelle et du couplage avec le champ. La section efficace associee σ, qui contient l’information sur le processus collisionnel, depend du systeme atomique et des caracteristiques du champ. Dans ce memoire sont presentes les resultats d’experiences consacrees a l’etude a haute resolution du profil spectral de σ et, a celle de la coherence induite par un champ exterieur polarise. Les travaux portent sur des couplages dipolaires et d’echange dans le cas d’interactions multipolaires dans des melanges de vapeurs alcalines et alcalino-terreuses. Les informations obtenues concernent les interactions a longue portee. Lorsque le systeme choisi conduit a l’ionisation de l’une des especes en reaction, le processus est souvent masque par l’ionisation du milieu sous l’effet des collisions superelastiques. Ce phenomene est de nature purement collisionnelle. Sin etude, menee dans une vapeur de strontium, met en lumiere la dynamique du transfert de l »energie par les electrons chauds du milieu. Ceux-ci la vehiculent depuis les niveaux metastables, ou elle est stockee, jusqu’au niveau fondamental de l’ion.
Ce travail concerne les mécanismes de formation, de destruction et de relaxation interne des ions moléculaires formes au cours de collisions inélastiques ultra-froides. Ces collisions sont étudiées expérimentalement dans des pièges hybrides mêlant un piège d'atomes ultra-froids et un piège d’ions refroidis par laser. Nous avons effectué une analyse théorique systématique des collisions binaires, assistées par la lumière, impliquant plusieurs sortes de paires atome/ion. Leur interaction mutuelle est décrite par des calculs de chimie quantique basés sur l'utilisation de potentiels de cœur effectifs très précis. La formation d’ions moléculaires par 'association radiative est prédite efficace pour tous les systèmes étudiés, avec une section efficace deux à dix fois plus grande que le processus concurrent, le transfert de charge radiatif. Les constantes de vitesse partielles et totales sont aussi calculées et comparées aux valeurs expérimentales disponibles. Des résonances de forme sont attendues avec une largeur très faible, et pourraient être observées avec la meilleure résolution expérimentale atteinte aujourd'hui. Les distributions vibrationnelles ont aussi été calculées. Elles montrent que les ions moléculaires formés ne sont pas créés dans leur état vibrationnel fondamental. Nous avons ensuite montré que ces ions moléculaires pouvaient être photodissociés par les lasers utilisés dans l’expérience pour le refroidissement et le piégeage. Par ailleurs nous avons étudié la relaxation vibrationnelle des ions formés. Dans les échelles de temps des différentes expériences, nous avons montré que celle-ci ne résulte pas d'une relaxation radiative associée au moment dipolaire permanent de l'ion, mais plutôt à des collisions avec les atomes ultra-froids environnants. Nous avons ainsi étudié cette relaxation interne pour les ions H₂⁺ (resp. Rb₂⁺) lors d'une collision avec des atomes ultra-froids de He (resp. Rb). Ces deux cas sont importants pour des expériences en cours. Nous avons décrit le calcul du potentiel d'interaction nécessaire pour l'obtention de la matrice de couplage qui intervient dans la résolution deséquations couplées multi-voies. En particulier il a été montré, dans le cas He-H₂⁺, que les interactions spin-rotation, du fait de la structure doublet de l'ion, n'ont qu'une faible influence sur la somme des sections efficaces d'état à état (avec ou sans effet vibrationnel). Ces calculs peuvent être donc simplifiés en traitant l'ion à un électron actif comme étant dans un état de spin nul. Dans le cas Rb-Rb₂⁺, l'étude de la relaxation vibrationnelle de l'ion Rb₂⁺ suite à des collisions froides avec des atomes de Rb se heurte à des difficultés supplémentaires: (i) l'échange des atomes identiques conduisant à des collisions réactives qui induisent des pertes dans le piège. (ii) la forte densité d'états internes due à la lourde masse du système. (iii) les interactions inter-voies encore présentes à très longues distances du fait cette forte densité. Néanmoins, nos calculs montrent que la forte anisotropie observée dans les surfaces d'énergie potentielle conduit à la relaxation efficace de l'ion Rb₂⁺ par collision avec des atomes de Rb. Cette tendance pourrait être très générale pour les ions moléculaires triatomiques présentant une forte anisotropie à courte distances et qui sont couramment utilisés dans les pièges hybrides.