Interaction rayonnement-atome Atom

Spring School on
Cold Atoms and Molecules and Applications in Metrology
CAMAM 2015
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Interaction rayonnement-atome
Atom-light interaction
Habib Bouchriha
Mars 16, 2015
Laboratoire: Matériaux Avancés et Phénomènes Quantiques
Université Tunis El-Manar
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Overview
1Introduction
2Electrodynamique classique
Equations de Maxwell
Champs longitudinaux et transverses
Invariance de Jauge
Variables normales du rayonnement
Impulsion et énergie
3Electrodynamique quantique
Quantification du champs électromagnétique-photons
Hamiltonien HId’interaction rayonnement-atome
Expression de HIdans l’approximation des grandes longueurs d’onde
4Processus d’interaction
Transitions à un photon
Processus d’absorption
Processus d’émission
Processus de diffusion
5Conclusion
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Introduction
Introduction
L’action d’un rayonnement électromagnétique sur un milieu matériel est un outil puis-
sant pour obtenir des informations sur les propriétés optiques et électroniques de ce
milieu. De plus le développement de nouvelles sources de rayonnement couvrant un
domaine de fréquence large allant des ondes radio à l’ultraviolet lointain (laser, maser...)
a renouvelé l’intérêt porté aux processus d’interaction entre matière et rayonnement.
Le cadre théorique de l’étude de ces processus est l’électrodynamique qui décrit le
mouvement des particules chargées et du champs électromagnétique.
l’électrodynamique classique (champs classique) permet de rendre compte de la presque
totalité de l’optique traditionnelle, mais de nombreux phénomènes ne peuvent s’interpréter
qu’en quantifiant le rayonnement (électrodynamique quantique).
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Electrodynamique classique
Electrodynamique classique
Variables dynamiques du champ:
~
E(
~
r,t),~ B(
~
r,t) =⇒Equations de Maxwell dans l’espace réel
~
O.~ E(
~
r,t) = 1
ε0
ρ(
~
r,t)
~
O.~ B(
~
r,t) = 0
~
O∧~ E(
~
r,t) = −∂~
B
∂t
~
O∧~ B(
~
r,t) = 1
c2
∂~ E
∂t+1 ε0c2~
J(
~
r,t)
ρ(
~
r,t) = P
i
qiδ(
~
r−~ ri(t))
~
J(
~
r,t) = P
i
qi~ Viδ(
~
r−~ ri(t))
Q=Rd3
~
rρ(
~
r,t)
∂ρ(
~
r,t)
∂t+~
O
~
J(
~
r,t) = 0
Variables dynamiques des particules:
~
r(t),~ V(t) =⇒Equations de Newton-Lorentz
mi
d~ Vi
dt=qi[~
E(
~
ri,t) + ~ Vi∧~ B(
~
ri,t)] avec ~ Vi=d
~
ri
dt
Evolution dans le temps:
~
E(
~
r,t0),~ B(
~
r,t0),~ ri(t0),~ Vi(t0)E.M.N.L =⇒~ E(
~
r,t),~ B(
~
r,t),~ ri(t),~ Vi(t)