Observation de composantes interdites dans l'effet Zeeman, dues au spin nucléaire

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Submitted on 1 Jan 1953

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Observation de composantes interdites dans l’effet

Zeeman, dues au spin nucléaire

Jean Brochard, Pierre Jacquinot

To cite this version:

132

un servomoteur

diphasé

et

_auquel

est fixé le crayon

inscripteur.

Suivant la forme du

_diaphragme,

l’échelle d’intensité est linéaire

_{(D carré),}

_{en V’I}

(D

triangu-laire)

ou

_{logarithmique.}

L’échelle en

B/7

est

_pratique

pour des raies d’intensités très différentes et facile à réaliser avec

_précision.

Le faisceau

B,

convenablement

atténué est ensuite

_{polarisé (par}

un

_polaroïd)

à

_angle

droit du faisceau A

auquel

il est

mélangé

au _moyen d’une

_glace

inclinée. Un

_glazebrook

tournant à la vitesse de

_{12,5 t/s}

« module » l’ensemble des

fais-ceaux A et

_B,

_qui

est _{ensuite reçu} sur une cellule à

multiplicateur

refroidie à l’azote

_liquide.

Des lentilles convenablement

_placées

forment

_l’image

de

_l’objectif

du

_{spectrographe}

sur la

photocathode.

Le flux lumineux reçu par la cellule est

Schéma de _principe de l’ensemble.

Les lettres _placées dans les divers _{plans optiques indiquent} les _{plans conjugués}

_{(l’échelle}

optique n’est pas respectée).

a et b étant les flux

transportés

par les faisceaux A

et B. Seule la

partie alternative,

non nulle

_lorsque

a -

b ~ o et dont la

phase

change

de x suivant le

signe

de a - b est transmise à un

_{amplificateur}

accordé sur 2 5 Hz : un enroulement du servomoteur est alimenté par cet

amplificateur,

l’autre par une tension à 25 Hz, en

_{quadrature, produite}

par un

_petit

alternateur solidaire du

glazebrook

tournant. Le

sys-tème

s’équilibre

ainsi

_{automatiquement}

de

_façon

à

maintenir constamment a = b.

Toutes choses

_égales

par

ailleurs,

le

_système

est

d’autant

plus rapide qu’à

une variation

_dy

du

dépla-cement du couteau

correspond

une variation da

_plus

grande;

si

d

_augmente

_{(raies intenses),}

le

servo-dj

mécanisme

_risque

de devenir instable

et,

d’autre

_part,

les fluctuations

_statistiques

absolues de

lumière,

proportionnelles

à ,la,’ sont

plus grandes.

Nous avons

donc introduit un

_dispositif

d’asservissement du

_gain

général

G de

_{l’amplification}

au niveau de lumière. On

_peut

_songer à asservir le

_gain

G au flux incident de telle sorte _{que le}

_produit

a G reste constant : cette

solution conduirait à travailler

_toujours

aussi len-tement

_qu’avec

les

plus

faibles niveaux de lumière.

Aussi avons-nous utilisé un

_système

_qui

rend G

_Bra

consta,nt et

_qui

ne nécessite aucune

_{amplification}

de

composante

continue. Il suffit

_{d’amplifier}

les

fluctua-tions du courant

photoélectrique produit

par

(a

+

b) :

ces fluctuations convenablement

amplifiées,

filtrées à N > 50o Hz

_(pour

ne _{pas être}

_gêné

_{par le}

signal

(a - b)

cos 2 w t

_{beaucoup plus intense)}

et

détectées fournissent un

_signal

continu de

_quelques

volts,

de valeur

x: Gv

a + b ==

G y/2a

suffisant pour

agir

sur le

_dispositif

d’alimentation de la cellule à

multiplicateur

d’électrons de telle sorte que

G Ja

reste constant. Dans de

larges limites,

ce

_système

donne,

sans toucher aux

_réglages,

des fluctuations

enregistrées

sensiblement

constantes,

tout en per-mettant une

_rapidité

_{d’enregistrement}

proportion-nelle à la racine carrée de l’intensité maximum

enregistrée.

Les

enregistrements

se font sur

_papier

ordinaire

format 2 _{I X 27} cm : la

dispersion

utilisée e

général,

de 10

_cm/.v

dans le bleu et

_peut

être aisc modifiée.

[1] COUDER A.- J. _Physique Rad., I937, 8, 99 S.- BROCHAR J. 2014 Ann.

Physique, I95I, 6, I5.

Manuscrit reçu le 27 décembre _1952.

OBSERVATION DE COMPOSANTES INTERDITES

DANS L’EFFET

ZEEMAN,

DUES AU SPIN

NUCLÉAIRE

Par MM. Jean BROCHARD et Pierre

JACQUINOT,

Laboratoire Aimé Cotton, C. N. R. S., Bellevue.

L’étude des

_composantes

interdites de l’effet Zeeman ordinaire

permet,

en

_principe,

de mettre en

1.r--

La

_dissymétrie

d’intensité des _{composantes permises}

_(échelle

en

VI)

est due à l’effet Paschen-Back du multiplet (sur l’enregistrement les intensités ne sont _{pas comparables}

aux intensités ’1 à cause de la

polarisation

par le

prisme).

133 évidence le

spin

nucléaire avec un

_pouvoir

de

réso-lution

_{beaucoup plus}

faible que celui

qu’exige

l’étude de la structure

_hyperfine,

à _{condition que l’on} sache

détecter des raies faibles.

En

effet,

lorsque

l’on passe de l’effet Zeeman de structure

_hyperfine

à l’effet

Paschen-Back,

la

_figure

de

_{décomposition tend,}

si l’on

ignore

la structure

hyperfine

de chacune des

_composantes,

vers la

_figure

que l’on obtiendrait en l’absence de

spin

nucléaire

(à mj

= _{o en}

;., + T en

_7).

Mais il

existe,

en

_outre,

des

_composantes

évanes-centes

_{(Am., ==}

0, 2,

en cr, =t i en

_;.)

si

tuellement des

composantes (Am, == - 3

en cr, en

_x)

si

ainsi de suite.

Dans tous les cas, les

composantes

7: seront

mas-quées,

du fait de la

dépolarisation

instrumentale

inévitable,

par les

composantes ?

autorisées

_qui

ont

même

position,

mais on

_peut

_{observer les} compo-santes

_{or, !Am/’>i}

et en tirer des

_{renseignements}

utiles.

Considérons,

par

exemple,

les

_composantes

m/ = ±

2. Au lieu d’utiliser le calcul

général

tel

qu’il

a été

exposé

par Goudsmit et Bacher

[1],

on

_peut

calculer leurs intensités relatives par un calcul de

perturbations

du

_premier

ordre

_(oH,

écart normal

,4 ,

constante de structure

hyperfine).

On trouve ainsi pour l’intensité de l’ensemble des

composantes

m,, , m, - 2 : :

Le facteur K est donné par les formules suivantes :

pour

avec

(mj/m/2013i) représentant

l’intensité de l’une

quelconque

des transitions

_permises

?.

De même pour .1’ = J ₊ i :

avec

et _{pour J =: J -} J :

avec

Dans le cas où l’on

_peut

_négliger

_{A’ par}

_rapport

à

_A,

la mesure _{de l’intensité relative} des

_composantes

3m,j

= ± 2 donne alors la

_quantité

A 21

₍₁

+

i).

L’observation, beaucoup plus

difficile,

des

compo-santes m = v

3 donnerait de même

donc A et

Si l’on

_pouvait,

en outre, résoudre la structure

hyperfine

des

_composantes

_{évanescentes,}

la

règle

de

sélection Am/==o

étant

_violée,

on

_pourrait

obtenir

la valeur du moment

_{magnétique li}

directement sans

passer par l’intermédiaire de A. Dans le cas

parti-culier.

de AJ=o,

les

_composantes

évanescentes

cor-respondant

à

ont,

en observation

longitudinale,

des

_{polarisations}

circulaires inverses et leur distance

_pourrait

être

mesurée,

même si elle était notablement inférieure à la limite de résolution.

Nous avons cherché à

observer,

à titre de

vérifi-cation,

les

_composantes

_{3,M., == 2}

dans le cas

de

Na,

dans un

_champ

de 30 ooo _gauss, avec le

_grand

spectrographe

à

_prisme

_liquide

de

_Bellevue,

sur la raie

_{jaune 3s2S - 4p2P (R}

= 6o ooo dans cette

région).

La

_figure

montre un

_{enregistrement}

direct

[2]

avec une

_{échelle y}

= K

/7

[2].

Les raies interdites

sont

_plus

faciles à observer si la source est

_poussée

(courbe

a,

autoabsorption intense),

mais alors les

composantes

permises

sont

_élargies

et saturées et les mesures

d’intensité

sont difficiles. Avec une source .

moins

_{poussée (courbe b),}

on

_peut

encore

_apercevoir

la raie et l’évaluation de l’intensité est

_plus

_sûre,

par

rapport

aux

_composantes

dont les

positions

et les intensités relatives vraies sont

_indiquées

sur la

figure.

L’intensité relative estimée

_d’après

ces

_{enregistrements}

est en bon accord avec l’intensité calculée

(o,oo4

rap-portée

à la

_composante

Zeeman

_permises

la

plus

faible).

L’intensité des

_composantes

évanescentes

3m,1

= _l

varie en raison inverse de H2

et,

à la distance

(propor-tionnelle à

H)

où elles se

situent,

la

_pente

du

_pied

des

_composantes

permises

voisines

varie,

au

_plus

mal,

comme H- 3

_{(diffraction, élargissement}

_par

réso-nance,

etc.) :

les

composantes

doivent donc se déta-cher d’autant mieux que le

champ

est

_plus

intense,

bien que leur intensité relative soit

plus

faible. Mais leur intensité absolue étant alors

faible,

toute la difficulté

_{expérimentale}

est l’obtention de sources

très intenses. L’intérêt de la

méthode, qui,

en

prin-cipe, pourrait

permettre

de déterminer I et A reste donc assez limité dans l’état actuel de la

technique.

[1] GOUDSMIT S. et BACHER R. F. 2014 Z.

Physik, I930, 66, I3.

[2]

BROCHARD J. et JACQUINOT P. 2014 J.

Physique Rad.,

I953, 14.

Manuscrit reçu le , )