C.R. Acad. Sci. 267, 1275 (1968)

C. R. Acad. Sc. Paris, t. 267, p. 1275-1278 (4 décembre 1968).
PHYSIQUE
indllites
ATO~IIQUE.
-
Transitions
résonnantes
par un cha;np électriqlle fictif tournant.
I)UI·O~T-H.()C
et
CUUlm
COIIES-TAXXOlJH,JI,
entre sOlls-niveallx
Série B
Zeeman,
Note (*) de MM.• JACQUES
p1'{~sentée par :M. Alfred
Kastler.
Une irradiation lumineuse, non résonnante, de polarisation linéaire 'Ci., agit sur
un niveau atomique de la même façon qu'un champ électrique fictif dirigé suivant t,.
En faisant tourner cCi., on peut induire des transitions
résonnantes entre sousniveaux Zeeman.
Dans une Note précédcnte C), nous avons vu que l'action d'un faisceau
lumineux, non résonnant, polarisé linéairement suivant la dil;ection -~i"
sur la multiplicité de l'état fondamental
d'un atome de moment cinétique 1, était équivalente il celle d'un champ électrique fictif, -Ê,r, parallèle
il "ê,,; le hamiltonien effectif, ~1(\, décrivant l'eHet du 'faisceau lumineux,
=
+
s'écrit ;ftr.
a [("1. -~iY- 1(1 1)/3], où a est une constante proportionnelle il
l'intensité lumineuse. Si, au moyen d'un polaroïd tournant, on fait tourner
il une vitesse uniforme, le niveau atomique est soumis il l'action d'un
fictif
tournant, susceptible d'induire des transitions
champ électrique
résonnantes entre sous-niveaux Zeeman. L'objet de la présente Note est
de décrire de telles résonances, très analogues à celles déjà observées par
Geneux (2) qui utilise un champ électrique oscillant, non pas fictif, 'mais
réeL On peut également les rapprocher de celles observées par Happer C),
oÙ la perturbation oscillantè est un champ magnétique fictif créé par un
faisceau lumineux non résonnant polarisé circulairement
et modulé en
intensité.
Le montage eXpérimental est identique à celui décrit dans la Note
précédente C). Le faisceau non résonnant, FI, se propage suivant Oz.
Il traverse un polaroïd tournant à la pulsation (Ù/2, de sorte que son
vecteur polarisation s'écrit
«
t
»
7-
7-
wi
ei.= Cz cos -2
+7-
eJ"
.
wt
Slll-2 .
Le polariseur tourne à 10 tris, la vitesse de rotation étant stabilisée
à 3. 10-2 Hz près par un système de contre-réaction.
On balaie le champ
--+
statique, Ho, parallèlement à 0 z. L'écart Zeeman, Ii (Ùo, entre les sousniveaux des atomes de 201 Hg (Ùo, pulsatioI1 de Larmor)- est choisi grand
devant la perturbation a, due il FI' Le faisceau de pompage F 2, résonnant,
sc propage suivant Ox. Il aligne les atomes de 201 Hg. Sa polarisation est,
( 2 )
soit 1. (parallèle à Oz),
de la lLanière absorbée,
tudinal de la vapeur. De
à (O, L:~"!,dont J'intensité
soit
(parallèle
statique
longiplus, en pompage êl, il Y a une composante modulée
est proportionnelle à l'alignement transversal (").
êl
à Oy).
La eomposante
V~1,mesure dans les deux eas, l'alignement
a)
b) ---~_-
,
9
j
,
10
11
F'ig.
>,
~Ho(Hz)
2TI ",..
J.
Làrgeur (Hz)
0,2
a
2TI (Hz)
----'-
0,2
Fig. 2.
Le hamiltonien
de
-~1.
effectif assoeié au faisceau Fi s'écrit,
donnée plus haut,
jes=.
tleL
= ties + tiC""
avec l'expression
avec
-a[,2' 1:- 11+IJ
-,,-. '
J
La partie statique de tieL,' [ICs, déplace les sous-niveaux Zecman [J. >
d'une quantité ne dépendant que de [-1·1.Les fréquences des deux transitions observables en alignement
1
1
')
u.=- J-').
l
1
-<+
{J.=+- ?
<)
J
el
[J.
== -
2
*-~
[J.
=+ 2
(
2)
)
+
deviennent
inégales. Elles valent respectivement
2 (ùo
a et 2 (ùo - a.
La partie modulée de JtL, 2ft"" est purement non diagonale et obéit à la
règle de sélection .111' = 2. Lorsque
±
w,,=
(,) 2
:!.
2
(
ou wu=
-(,)
+ -a) ,
2
:>.
des transitions
résonnantes
entre les niveaux 11·= - 3/2
et 11·=+1/2 (ou 11·=-1/2 et :J.=+3/2)
inégalement peuplés par suite
de l'alignement dû à F ~. Sous l'effet de ces transitions résonnantes la difféinduit
2ft",
(a)
(b)
Fig. 3.
renee de population
entre iJ· = - 3/2 et 11·
= + 1/2 (ou iJ· = - 1/2
et iJ·= + 3/2) dimimie et il apparaît de la cohérence hertzienne
entre
ces couples de niveaux, modulée à (ù. Ceci se traduit par une variation
résonnante des parties statiques et modulées de LA au voisinage des deux
a/2. En fait, ces deux résonances subissent également
valeurs Wo =(ù/2
élargissement de radiofréquence
proportionnel à la perturbation
un
oscillante 2ft"" c'est-à-dire de l'ordre de a et, par suite, elles ne sont pas
séparées. Le calcul quantitatif peut être mené jusqu'au bout en passant
dans le référentiel tournant et en résolvant l'équation d'évolution de la
matrice densité sous l'effet des divers processus (pompage, relaxation, etc.).
avec une polarisation G
La figure l montre le signal obtenu sur L~~'»)
de F~; on utilise une détection synchrone réglée, soit en phase (fig. l a),
soit en quadrature (fig. l b). Les courbes ont bien la forme attendue théorie
quement qui est une différence de deux courbes de Lorentz respectivement en dispersion et en absorption, centrées en W/2 + ah. Le sig-nal
«
±
«
>)
>)
( 4 )
apparaît bien comme prévu autour de (')0/27: = 10 Hz; il n'existe pas de
résonance dans le champ opposé, puisque le champ élcctrique fictif est
tournant et non alternatif.
L'étude de la largeur des deux courbes en fonction de a (fig. 2) (qui
est proportionnelle à l'intensité de Fd montre une variation conforme aux
prévisions théoriques et semblable à celle observée" dans une résonance
magnétique
ordinaire (élargissement linéaire pour les grandes valeurs
de a).
La figure 3 montre des transitoires de résonanee : La vapeur est alignée
dans le champ correspondant à la résonance, en l'absence de FI qui est
introduit ensuite brusquement. On observe sur V~} l'égalisation des popudes cohérences (fig. 3 b). Ces tranlations (fig. 3 a); sur L~~')I,l'apparition
sitoires sont les équivalentes
de celles observées par Cagnac (") et.
Cohen- Tannoudji (6).
(*) Séance
du 18 novembre
1968.
DUPONT-Roc et C. COHEN-TANNOUDJI, Comptes rendus, 267, série B, 1\)68, p. 121 I.
e) E. GENEUX, O. P. A. L. S. Conference, Varsovie, 1968.
'V. HAPPER et B. S. MATHUR, Phys. Rev. LeU., 18, 1967, p. 727.
(1) F. LALOE, M. LEDUC et P. MINGUZZI, Comptes rendus, 266, série B, 1968, p. 1517;
267, série B, I9p8, p. 328 et réf.
(5) B. CAGNAC, Thèse, Paris,
1960; Ann. Phys., 6, 1961, p. 1i67.
(0;) C. COHEN-TANNOUDJI,
Thèse, Paris, 1962; Ann. Phys., 7, 1962, p. 1i23 et 469.
(1)
J.
n
(Laboratoire de Spectroscopie hertzienne de l'E. N. S.,
associé au C. N. R. S., Faculté des Sciences,
2:1, rue Lhomond, 75-Paris, 5e.)
178694.
-
Imp.
GAUTHIER-VILLARS. ImDrimé
55, Quai des
en France.
Grands-Augustins,
Paris
(Ge).