La théorie de l'« atome habillé » est une méthode de mécanique quantique permettant de calculer de manière simple et facile à interpréter les phénomènes qui se produisent lorsqu'un atome interagit avec un champ électromagnétique très intense résonnant ou voisin d'une résonance (la résonance est le cas où l'énergie d'un photon hν est égale à la différence d'énergie E2 — E1 entre deux états de l'atome).
Dans les théories usuelles, on décrit d'abord le système atomique d'une part, le rayonnement électromagnétique d'autre part ; on calcule ensuite l'interaction entre ces deux systèmes à l'aide des méthodes de perturbation dépendant du temps, classiques en mécanique quantique. Dans la théorie de l'atome habillé, développée par Claude Cohen-Tannoudji aux environs de 1968, on considère l'ensemble (atome + rayonnement) comme un système global unique dont on calcule les niveaux d'énergie à l'aide de la méthode de perturbation stationnaire (indépendante du temps). C'est ce système global unique qui a reçu le nom d'« atome habillé par le rayonnement ».
La théorie de l'atome habillé s'applique quelle que soit la fréquence ν du rayonnement électromagnétique, aussi bien aux très basses fréquences des ondes radio qu'aux très hautes fréquences des ondes lumineuses. Elle a des applications particulièrement utiles dans le domaine des ondes lumineuses, car elle permet de comprendre de manière simple de nombreux effets observés dans l'interaction des atomes avec les faisceaux lumineux de forte intensité issus des lasers. Parmi les effets observés et bien expliqués par la théorie de l'atome habillé, nous en citerons particulièrement un qui a une grande importance pratique.
Lorsque le rayonnement intense n'est pas exactement résonnant, il modifie légèrement les valeurs des niveaux d'énergie de l'atome. On dit encore qu'il produit un déplacement des niveaux d'énergie de l'atome. Ce déplacement est bien mis en évidence si l'on irradie simultanément les atomes avec un autre faisceau lumineux de faible intensité (de manière à ne pas perturber les atomes) et de fréquence variable : on observe la résonance optique produite par ce second faisceau lumineux (E2 — E1 = hν) lorsque sa fréquence ν a une valeur différente de la valeur normale. Ces « déplacements lumineux » ont eu une très grande importance en métrologie.
Bernard CAGNAC
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