Théorie quantique du cycle de pompage optique. Vérification expérimentale des nouveaux effets prévus

M. Gusakow

Claude N. Cohen-Tannoudji

Michel Blanc Dumont

M. Ducloy

J.C. Lehmann

L'étude de l'orientation nucléaire par pompage optique est faite dans des conditions plus générales que celles envisagées jusqu'à présent. On s'intéresse, en particulier, à l'influence de la grandeur de la structure hyperfine du niveau excité par rapport à sa largeur naturelle, ainsi qu'aux effets du découplage partiel de cette structure hyperfine par le champ magnétique. Le formalisme de la matrice densité permet d'exposer les résultats obtenus sous une forme très générale. Parmi les effets nouveaux prévus, on peut citer la dissymétrie des pompages optiques en σ- et en σ + pour des valeurs intermédiaires du découplage hyperfin. De ce fait résulte la possibilité d'obtenir une orientation nucléaire par pompage optique en lumière naturelle. Par ailleurs, lorsque la structure hyperfine du niveau excité est de l'ordre de grandeur de sa largeur naturelle, l'efficacité du cycle de pompage optique est diminuée. Dans cette même hypothèse, on a pu prévoir l'existence de nouveaux processus produisant le déplacement de la raie de résonance magnétique de l'état fondamental sous l'influence de l'irradiation lumineuse, et apportant des caractères nouveaux à la modulation de la lumière de fluorescence lors d'une expérience de résonance magnétique. Les résultats de cette étude sont explicités dans le cas particulier d'un spin nucléaire I = 1,2. Ce cas correspond aux isotopes 111Cd et 113Cd sur lesquels la présente théorie est en cours de vérification expérimentale.

J.P. Barrat, Claude N. Cohen-Tannoudji

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.