POMPAGE OPTIQUE

La méthode de pompage optique qui permet de changer les répartitions de population entre les états Zeeman ou entre les états de structure hyperfine d'un atome en phase vapeur fait l'objet de nombreuses applications.

Toute cause qui produit une modification du degré d'orientation est susceptible d'être étudiée. Il devient ainsi possible de faire, dans les différents cas, une étude détaillée des processus de relaxation.

Un procédé efficace pour changer les répartitions de population des états atomiques est la résonance magnétique. Elle consiste à appliquer aux atomes un champ magnétique de haute fréquence. Lorsque la fréquence ν de ce champ est accordée à un intervalle d'énergie ΔE entre deux états atomiques (deux états Zeeman ou deux états hyperfins), c'est-à-dire lorsque cette fréquence satisfait à la condition de Bohr :

où h est la constante de Planck, le champ de haute fréquence induit des transitions qui ont pour effet d'égaliser les populations des deux états E_i et E_j en question.

Cette modification de population affecte la transparence de la vapeur, ce qui permet de détecter la résonance lorsqu'on fait varier la fréquence du champ alternatif. On peut ainsi mesurer avec précision les fréquences de résonance des atomes et en déduire les intervalles ΔE entre deux niveaux d'énergie.

On a vu que les techniques de pompage optique permettent d'orienter les moments magnétiques des électrons de valence des atomes alcalins. On peut les utiliser aussi pour orienter de façon analogue les moments magnétiques des noyaux atomiques et s'en servir pour mesurer des temps de relaxation nucléaire et pour déterminer les fréquences de résonance magnétique nucléaire. C'est ce qui a été fait au laboratoire de physique de l'École normale supérieure à Paris par B. Cagnac pour les noyaux des deux isotopes impairs de la vapeur de mercure ¹⁹⁹Hg et ²⁰¹Hg.

La figure montre des courbes de résonance magnétique nucléaire obtenues par B. Cagnac sur le mercure 199. Chaque courbe correspond à une amplitude constante du champ de radiofréq [...]