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Etude de l'influence sur les propriétés de dispersion et d'absorption d'une vapeur de 201Hg, des modulations de l'orientation et de l'alignement dans l'état fondamental des atomes

Franck Laloë, Michèle Leduc, P. Minguzzi

Published Jan 1, 1968• 0 citations
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On étudie dans cet article le lien qui existe entre l'anisotropie des propriétés optiques d'une vapeur atomique et les propriétés angulaires des atomes dans l'état fondamental. La direction du faisceau lumineux qui se propage dans la vapeur, ainsi que l'orientation et l'alignement des atomes sont quelconques ; l'influence de chaque observable de l'état fondamental est discutée de manière détaillée à partir d'un modèle géométrique. Ce dernier fait intervenir d'une manière qui est précisée au cours de l'article un vecteur pour caractériser l'orientation, un ellipsoïde pour l'alignement. On retrouve ainsi un certain nombre de prévisions théoriques établies de manière différente dans un précédent article.

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Les méthodes de pompage optique et de détection optique ont été employées précédemment pour orienter des atomes alcalins à l'état fondamental et pour étudier les résonances magnétiques entre sous-niveaux Zeeman et niveaux hyperfins de cet état. Nous avons appliqué ces méthodes à l'orientation nucléaire de l'isotope 201 du mercure dont l'état fondamental présente une configuration électronique diamagnétique (état 1S0). Cependant le noyau de cet isotope, de spin I = 3/2, possède un moment magnétique dont l'orientation dans un champ extérieur présente quatre sous-niveaux Zeeman entre lesquels on peut induire des transitions de résonance magnétique nucléaire. Nous obtenons l'alignement nucléaire dans la vapeur saturante pure (échantillon enrichi à 90 % 201Hg) en irradiant la vapeur parallèlement au champ magnétique avec la lumière non polarisée d'une source lumineuse émettant la raie 2 537 Å et contenant soit de l'isotope 198 (qui excite la composante hyperfine 3/2 de 201Hg) soit de l'isotope 204 (qui excite la composante hyperfine 5/2 de 201Hg). Sur une fréquence de résonance de 10 kilocycles par seconde, la résonance, détectée par changement de l'état de polarisation de la lumière de résonance optique, se situe à H0 = 35,6 gauss. La mesure de la largeur des courbes de résonances (inférieure à 10 cycles par sec.) montre que les collisions entre les atomes de mercure et les parois de quartz de la cellule ne désorientent pas les noyaux alors que dans le cas des atomes alcalins, de configuration électronique paramagnétique (état 2S 1/2) une telle désorientation a lieu. Ceci constitue la première mesure directe du moment magnétique du noyau 201Hg.

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On étudie de façon détaillée les processus d'absorption et d'émission de photons de résonance optique par un ensemble d'atomes. Le rayonnement est traité quantiquement ; l'ensemble des atomes, représenté par une matrice densité dans l'état excité et l'état fondamental. On montre que sous l'influence de l'excitation lumineuse, l'état fondamental acquiert une durée de vie finie et une self-énergie. Des équations différentielles sont obtenues qui décrivent l'effet des différentes étapes du cycle de pompage optique sur la matrice densité dans l'état fondamental.

Journal de physique•Jan 1, 1961•203 citations
On étudie dans cet article le lien qui existe entre l'anisotropie des propriétés optiques d'une vapeur atomique et les propriétés angulaires des atomes dans l'état fondamental. La direction du faisceau lumineux qui se propage dans la vapeur, ainsi que l'orientation et l'alignement des atomes sont quelconques ; l'influence de chaque observable de l'état fondamental est discutée de manière détaillée à partir d'un modèle géométrique. Ce dernier fait intervenir d'une manière qui est précisée au cours de l'article un vecteur pour caractériser l'orientation, un ellipsoïde pour l'alignement. On retrouve ainsi un certain nombre de prévisions théoriques établies de manière différente dans un précédent article.
Les méthodes de pompage optique et de détection optique ont été employées précédemment pour orienter des atomes alcalins à l'état fondamental et pour étudier les résonances magnétiques entre sous-niveaux Zeeman et niveaux hyperfins de cet état. Nous avons appliqué ces méthodes à l'orientation nucléaire de l'isotope 201 du mercure dont l'état fondamental présente une configuration électronique diamagnétique (état 1S0). Cependant le noyau de cet isotope, de spin I = 3/2, possède un moment magnétique dont l'orientation dans un champ extérieur présente quatre sous-niveaux Zeeman entre lesquels on peut induire des transitions de résonance magnétique nucléaire. Nous obtenons l'alignement nucléaire dans la vapeur saturante pure (échantillon enrichi à 90 % 201Hg) en irradiant la vapeur parallèlement au champ magnétique avec la lumière non polarisée d'une source lumineuse émettant la raie 2 537 Å et contenant soit de l'isotope 198 (qui excite la composante hyperfine 3/2 de 201Hg) soit de l'isotope 204 (qui excite la composante hyperfine 5/2 de 201Hg). Sur une fréquence de résonance de 10 kilocycles par seconde, la résonance, détectée par changement de l'état de polarisation de la lumière de résonance optique, se situe à H0 = 35,6 gauss. La mesure de la largeur des courbes de résonances (inférieure à 10 cycles par sec.) montre que les collisions entre les atomes de mercure et les parois de quartz de la cellule ne désorientent pas les noyaux alors que dans le cas des atomes alcalins, de configuration électronique paramagnétique (état 2S 1/2) une telle désorientation a lieu. Ceci constitue la première mesure directe du moment magnétique du noyau 201Hg.
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