L'analyse des spectres de photoionisation d'atomes à un électron optique en présence d'un champ électrique peut être faite en partant du modèle hydrogénoïde. Le problème de l'effet Stark de l'hydrogène peut être résolu de façon exacte, l'hamiltonien correspondant étant séparable en coordonnées paraboliques. On définit des densités partielles d'états et on montre qu'au-dessus de la limite classique d'ionisation par champ le spectre de l'hydrogène comporte des états quasi-discrets superposés à des états continus, les différents états n'étant pas couplés. Deux expériences concernant les spectres de photoionisation Stark du rubidium montrent l'importance des perturbations liées à l'interaction spin-orbite, comme par exemple la stabilisation d'un état Stark par le champ électrique.
L'analyse des spectres de photoionisation d'atomes à un électron optique en présence d'un champ électrique peut être faite en partant du modèle hydrogénoïde. Le problème de l'effet Stark de l'hydrogène peut être résolu de façon exacte, l'hamiltonien correspondant étant séparable en coordonnées paraboliques. On définit des densités partielles d'états et on montre qu'au-dessus de la limite classique d'ionisation par champ le spectre de l'hydrogène comporte des états quasi-discrets superposés à des états continus, les différents états n'étant pas couplés. Deux expériences concernant les spectres de photoionisation Stark du rubidium montrent l'importance des perturbations liées à l'interaction spin-orbite, comme par exemple la stabilisation d'un état Stark par le champ électrique.
Nous présentons l'étude expérimentale et théorique de la photoionisation par échelon via l'état 3P du sodium dans des champs électriques jusqu'à 3,90 kV/cm. L'appareillage utilise un jet atomique et l'excitation est réalisée à l'aide de deux lasers pulsés dont les faisceaux sont orthogonaux au jet atomique. Le premier laser à 589 nm permet l'excitation des niveaux P. Le second laser autour de 409 nm permet la photoionisation autour de la limite d'ionisation Eo, en champ nul. Nous avons observé des ondulations de grande largeur dans le courant photoélectrique au-delà de Eo. Leur largeur décroit lorsque l'énergie décroit. Dans certains cas elles s'affinent en des raies bien définies mais asymétriques correspondant aux états de Rydberg déplacés par effet Stark. Nous avons calculé la densité de force d'oscillateur pour ces transitions en utilisant des fonctions d'ondes hydrogénoïdes modifiées. L'accord avec les résultats expérimentaux est excellent. Nous avons considéré les asymétries comme le résultat d'interférences de Fano entre la partie quasi-discrète du spectre et les canaux d'ionisation. En utilisant des potentiels du coeur appropriés, et en tenant compte du couplage entre états discrets-continus et continus-continus induits par l'interaction avec le coeur, nous avons obtenu des valeurs q et Ɖ des paramètres de Fano en bon accord avec nos mesures.
C'est dans le cadre du tres vaste probleme de l'atome en presence de champs magnetique (B)et electrique (F) statiques que s'inscrit ce travail de these d'etat. A cause des symetries tres differentes des trois interactions impliquees : coulombienne, diamagnetique et electrique, on ne peut pas trouver de solution analytique exacte meme dans le cas simple de l'atome d'hydrogene et pour des directions confondues des deux champs appliques. A la limite des champs faibles et paralleles, ou les interactions electrique et diamagnetique peuvent etre traitees au premier ordre de la theorie des perturbations dans un sous-espace d'etats hydrogenoides degeneres de n et M donnes, il est possible de developper un certain nombre d'analyses afin de prevoir theoriquement les caracteristiques de la structure Stark du multiplet diamagnetique hydrogenoide. Notre experience de spectroscopie a haute resolution, sur jet atomique, a fourni la premiere mise en evidence experimentale de la structure diamagnetique (B≠0, F=O) d'un multiplet complet sur l'exemple des etats impairs de M=O et ±1du lithium, qui peuvent etre consideres quasi-hydrogenoides (δ p=0. 053. )L'etude experimentale de l'evolution des energies des niveaux du multiplet diamagnetique (F=O) ou Stark (B=O) du lithium sous l'action d'un champ electrique ou magnetique croissant a confirme les resultats theoriques obtenus pour l'hydrogene, le cœur atomique n'entrainant que des modifications locales.
Nous présentons une analyse de quelques problèmes de physique atomique dans le formalisme des états cohérents du moment angulaire. Ces états peuvent être considérés comme les états quantiques associés au système classique dont le moment cinétique possède une direction déterminée. Dans la représentation associée aux états cohérents, tout élément diagonal d'une observable tend vers l'observable classique associée, lorsque le moment cinétique devient grand (limite classique). Par exemple, la valeur moyenne du moment dipolaire électrique dans un état cohérent possède les mêmes caractéristiques que le dipôle optique classique. La précession de Larmor dans un champ magnétique, ainsi que l'absorption, l'émission spontanée et l'émission induite de rayonnement sont analysées ici dans ce formalisme. Nous montrons en particulier qu'à la limite classique, l'absorption ou l'émission d'un photon ne change pas l'orientation du moment cinétique, contrairement à ce qui se passe pour les faibles valeurs du nombre quantique de rotation où la direction du moment cinétique peut être fortement perturbée. Dans un prochain article, nous nous servirons des résultats obtenus pour étudier le pompage optique avec un laser des niveaux de grands moments cinétiques.
Notre equipe etudie le comportement collectif d'un gaz d'atomes en presence d'interactions de type dipole-dipole. Ces interactions apparaissent lorsqu'on illumine les atomes avec un laser de longueur d'onde quasi-resonant avec une transition atomique : les atomes se polarisent sous l'effet du champ laser, et les dipoles induits interagissent entre eux via le champ qu'ils rayonnent. Cette interaction est d'autant plus forte que les atomes sont proches les uns des autres, et peut perturber considerablement le comportement radiatif de l'ensemble atomique, voire empecher l'excitation de plusieurs atomes a la fois. Par exemple, pour deux atomes situes a une distance inferieure a la longueur d'onde divisee par deux pi, elle deplace les niveaux d'energie de plus que la largeur naturelle de la transition atomique, de sorte que le laser ne peut plus exciter qu'un seul des deux atomes. Un autre exemple est celui d'un nuage d'atomes dense, qui peut se comporter comme une cavite sans miroirs : le laser peut exciter certains modes de rayonnement particuliers, qui rayonnent chacun avec sa frequence et son taux de relaxation propres, differents de ceux d'un atome individuel. Certains de ces modes collectifs sont super-radiants (le nuage reemet l'excitation emmagasinee plus rapidement que ne le ferait un atome individuel), d'autres sont au contraire sub-radiants. Afin d'etudier ces phenomenes, notre equipe a construit une experience qui permet de pieger entre 1 et ~500 atomes froids de rubidium dans un piege laser de dimensions ~1µm^3. Nous excitons les atomes pres de la transition a 780 nm. La taille du nuage, de l'ordre de 100 nm, est proche de lambda sur deux pi. Enfin, l'elargissement Doppler des transitions atomiques est negligeable (atomes froids). La situation est donc quasi-ideale pour l'observation de modes de rayonnement collectifs. Nous avons recemment observe que les interactions induisent une reduction importante de la lumiere diffusee par le nuage. Cette reduction s'accompagne d'un elargissement de la transition atomique. L'analyse theorique des modes collectifs du nuage nous a montre que cette reduction est liee a l'excitation de modes super-radiants delocalises sur l'ensemble du nuage.
On étudie,conformément à un programme donné dans un travail antérieur, les champs électromagnétiques statiques associés aux états stationnaires discrets d'un atome hydrogénoïde en théorie de Dirac. Les potentiels d'où dérivent les champs, obtenus ici ne diffêrent pas quant à leur aspect des potentiels évalués dans la théorie non relativiste. Comme dans cette dernière, le potentiel scalaire prend, en coordonnées polaires, une forme fermée et s'exprime à l'aide d'une série finie dont chaque terme est le produit d'un polynome de Legendre pair, de première espèce, en le cosinus de l'angle polaire θ par une fonction du rayon vecteur du point où l'on évalue le potentiel. Ces fonctions radiales correspondent ici toujours à des fonctions gamma incomplètes auxquelles s'ajoute, en général, un terme de la forme e^(-r) f( r), f(r) étant une somme de polynomes en r et 1/r, r étant la longueur du rayon vecteur du point considéré. Le potentiel vecteur, existant en théorie relativiste, dans tous les états, ne peut pas ètre obtenu sous une forme fermée, comme c'était déjà le cas à l'approximation non relativiste, montrant que le vecteur densité de courant relativiste, donne lieu, lui aussi, à un champ magnétique statique d'une structure formelle compliquée.
Cette thèse traite de la réalisation d'un jet supersonique d'atomes de sodium, et de l'excitation des ces atomes dans un état de Rydberg en vue de les ralentir en utilisant l interaction des forts moments dipolaires de ces états avec un champ électrique inhomogène dépendant du temps. Le jet supersonique d atomes de sodium est produit par ablation laser et caractérisé par fluorescence induite par laser (T//~5 K et T ~1 K). Les atomes sont excités optiquement dans un état de Rydberg. Des transitions Landau-Zener ont été mises en évidence pour des paires d'atomes de Rydberg évoluant dans des gradients de champ électrique dépendant du temps. L'interaction dipôle-dipôle entre les atomes de Rydberg plus proches voisins induit le changement d'état interne de la paire d'atomes. Nous proposons également un prototype de décélérateur Stark pour manipuler la vitesse des atomes de Rydberg du jet: avec ce dernier, il doit être possible de retirer environs 50 cm-1 à l'énergie cinétique des atomes de sodium. Cette thèse a été réalisée en collaboration avec l'Université de Hanovre. Ces travaux ont concerné la photodissociation au seuil de molécules de dioxyde de soufre refroidies dans une expansion supersonique et ralentie avec un décélérateur Stark. Le but est de produire des atomes d'oxygène froid avec peu d'énergie cinétique afin de les piéger.