Les applications du pompage optique
p. 42-44
Texte intégral
1Nous ne décrirons pas ici en détails toutes les applications du pompage optique. La majorité d’entre elles ont permis d’affiner et de préciser notre connaissance des structures internes des atomes ou de leurs interactions. Nous ne ferons ici que les énumérer.
L’étude de La résonance magnétique entre sous-niveaux Zeeman
2C’est, en 1953, la première application et sans doute celle qui a été la plus développée, permettant la mesure des moments magnétiques atomiques (par l’intermédiaire des facteurs gyromagnétiques γ (voir supra, p. 29, principe du pompage optique, les moments magnétiques atomiques).
L’orientation nucléaire
3Elle est obtenue dans les nombreux cas où des phénomènes de symétrie conduisent le moment cinétique de l’ensemble des électrons de l’atome à une valeur nulle ; et dans ce cas les moments, cinétique et magnétique, de l’atome se réduisent à ceux de son noyau. Le pompage optique a permis de mesurer les moments de nombreux noyaux, rendant de grands services à la physique nucléaire.
Les collisions et La relaxation
4La variation des temps de relaxation mesurés dépendant des conditions expérimentales permet de vérifier les modèles théoriques (en calculant les interactions entre atomes lors des collisions dans la vapeur ou sur les parois). Le recouvrement de la paroi de verre par des enduits paraffinés permet de préserver l’orientation des atomes alcalins pendant des durées dépassant plusieurs secondes. Ce qui sera utilisé dans des applications industrielles (magnétomètres, standards de fréquence, voir infra, p. 44).
Les transferts d’orientation dans Les collisions d’échange
5Quand on mélange deux gaz, l’orientation donnée à un atome du gaz n° 1 peut être transmise à un atome du gaz n° 2, tandis que l’atome n° 1 repart désorienté (pour assurer la conservation du moment cinétique). Cela est en particulier utilisé pour orienter les noyaux d’hélium qui servent en imagerie médicale (voir infra, p. 45).
Le transfert de cohérence entre atomes
6Impossible à expliquer en quelques mots ; nous dirons seulement qu’il produit des effets qui ressemblent à un allongement de la durée de vie de certains niveaux atomiques excités.
Les transitions à multiples quanta
7Il s’agit de situations dans lesquelles les atomes absorbent simultanément plusieurs photons de l’onde électromagnétique lorsque, par exemple, E2 – E1 = 2hf ou 3hf. Il s’agissait alors de transitions de radiofréquence autorisées par la forte puissance délivrée par les générateurs américains mis au point pendant la guerre. Les lasers permettront plus tard de les généraliser aux transitions optiques.
Les déplacements des niveaux d’énergie atomiques
8On appelle ainsi les modifications des valeurs d’énergie des niveaux atomiques qui se produisent sous l’action de certaines perturbations, par exemple sous l’action d’une irradiation lumineuse non résonante (qui ne permet pas l’absorption de photons parce que hf ≠ E2 – E1). On peut l’imaginer par analogie avec le principe d’action et de réaction bien connu en mécanique : lorsque l’action d’une vapeur atomique, sur la propagation de l’onde qui la traverse, est de la ralentir à cause de son indice de réfraction (comme le ferait la traversée d’un verre), la réaction de l’onde lumineuse sur les atomes est une légère variation de l’énergie du niveau d’énergie concerné, appelée couramment « déplacement » du niveau d’énergie.
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