Étude expérimentale des « battements de lumière » à la fréquence fondamentale dans une expérience de double résonance

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Submitted on 1 Jan 1963

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Étude expérimentale des “ battements de lumière ” à la fréquence fondamentale dans une expérience de double

résonance

Jean-Pierre Barrat, D. Lecler, M. Ribault

To cite this version:

Jean-Pierre Barrat, D. Lecler, M. Ribault. Étude expérimentale des “ battements de lumière ” à la

fréquence fondamentale dans une expérience de double résonance. Journal de Physique, 1963, 24 (3),

pp.221-222. �10.1051/jphys:01963002403022100�. �jpa-00205453�

221.

LETTRES ^A LA RÉDACTION

ÉTUDE EXPÉRIMENTALE

DES

«

BATTEMENTS DE LUMIÈRE »

A LA FRÉQUENCE FONDAMENTALE DANS UNE EXPÉRIENCE

DE DOUBLE RÉSONANCE

Par J. P. BARRAT, D. LECLER et M. RIBAULT,

Faculté des Sciences de Caen, Laboratoire d’Optique.

LE

JOURNAL

DE

PHYSIQUE TOME 24, ^MARS 1963,

Introduction.

^-

On appelle

^«

battements de lumière»

[1], ^la modulation de la lumière de résonance optique

que ^l’on observe dans les expériences ^{de résonance} magnétique

^sur

^{des états} atomiques ^excités (méthode

de la

«

double résonance » [2]).

Cet effet a été étudié théoriquement ^et les expres- sions qui donnent les amplitudes ^{et les} phases ^{de la}

modulation aux différentès fréquences possibles ^ont

été calculées explicitement [3, 4]. ^{Mais aucune étude} expérimentale ^détaillée des diverses formes de raie n’a été entreprise

^en

fonction des paramètres qui ^inter-

viennent dans les expressions théoriques.’ ^{Seule une}

étude semi-quantitative ^{a montré} que l’allure des courbes expérimentales ^{était en} bon accord avec les

prévisions [5]. ^{Il nous a} paru intéressant de vérifier

quantitativement ^cet accord. Nous nous sommes

limités dans cette étude à la modulation observée à la

fréquence Cù /21t

^{= v}

de l’émetteur H. F., ^{dans le cas}

d’une excitation optique ^non cohérente ; la résonance

se produit alors au voisinage ^du champ magnétique Ho correspondant ^{à la} fréquence ^{de Larmor} wo

^{= w.}

Le niveau étudié était le niveau 5:5P, ^{du cadmium.}

Choix des conditions expérimentales.

^-

^Pour ampli-

fier facilement le signal ^{modulé à} étudier, ^{et déterminer}

en particulier ^sa phase, ^{il est commode} d’utiliser une

fréquence ^assez basse. Nous avons choisi 455 kHz, ^fré-

quence d’accord des transformateurs M. F. radio usuels.

Il est alors préférable ^{d’étudier une résonance assez} fine, ^{dont la} largeur ^Av est nettement inférieure à

v.

C’est ce qui ^nous

^a

^{conduit à} utiliser le niveau 5 ^{3Pi du}

cadmium, ^{dont la} largeur ^{naturelle est} de l’ordre de 70 kHz [6],

^ce

qui correspond ^{à 35} milligauss ^environ.

Le champ Ho ^{est alors de 220} milligauss environ. Pour

balayer ^{la raie}

^en

champ magnétique, il faut donc compenser le champ terrestre, ^{avec une} précision qui

doit être bonne devant la largeur ^{de raie. Enfin, pour}

éviter le recouvrement des raies observé aux niveaux H. F. élevés, ^{avec les deux}

^sens

possibles ^du champ Ho

sur

une même direction, ainsi que les effets Bloch-

Siegert [7] qui deviennent importants ^{à une} fréquence

si basse, ^{il est} préférable d’opérer ^avec

ⁿⁿ

champ ^{H. F.}

tournant et non linéaire.

Dispositif expérimental.

^-

Les conditions de l’expé-

rience de double résonance

sur

le niveau 5 3Pi ^du

cadmium ont été décrites

^en

détail par ailleurs [6].

Dans le cas de nos expériences, la lumière excitatrice est de polarisation

^7t.

La détection se fait dans une

direction perpendiculaire ^au champ statique Ho, la

direction de polarisation ^{étant à 450 de} Ho. ^Le champ

de radiofréquence ^{est créé} par deux paires ^{de bobines}

identiques, ^{placées autour de la cellule,} parallèles ^à

deux directions de plan perpendiculaires, ^alimentées

par deux tensions égales d’amplitude réglable, ^en qua-

drature, fournies par ^un émetteur à quartz. ^Le signal

modulé _{reçu par}

un

photomultiplicateur ^est amplifié sélectivement, puis attaque

^une

^détection synchrone

dont le signal de référence est fourni par l’émetteur.

On peut ainsi étudier séparément ^les composantes ^{de la}

modulation

en

phase ^et

^en

quadrature ^avec l’angle ^du champ tournant et de la direction d’observation, ^et

réduire considérablement, grâce ^{à la bande} passante

très étroite de ce dispositif, ^le bruit de fond dû au

photomultiplicateur. Ce bruit serait d’ailleurs particu-

lièrement gênant ^dans tout autre mode de détection.

Il s’ajoute ^{en effet au} signal ^{suivant une loi com-} plexe [8] ^et varie lors de la résonance, puisque ^{la com-} posante continue du courant du photomultiplicateur

varie aussi (résonance ^non modulée de Brossel- Bitter [2]).

Résultats.

^-

L’amplitude ^{de la} modulation est de la forme [3, 4] :

Dans ces expressions,

^{x =}

AW/T

⁼

(w

^-

Ci) 0) Il’,

p

⁼

yH1/T, ^{r est la} largeur ^naturelle du niveau, y ^son

rapport gyromagnétique, H1 l’amplitude ^du champ

tournant.

A est

une

fonction paire ^de x, B

une

fonction impaire.

La détection synchrone ^{a été} réglée ^de façon ^{à observer}

successivement l’une ou l’autre de ces fonctions. Les

figures ^{1 et 2 montrent} les courbes obtenues

en

fonc- tion de _x, pour diverses valeurs de p, ainsi que les courbes théoriques correspondantes. ^Le champ H1 ^est

mesuré en valeur relative par l’intermédiaire de la tension V, qui ^{le crée.} (p

⁼

k VI, ^{avec k}

⁼

0,23.)

D’autre part, ^{r est connu a} priori ainsi que (o, et w, si bien que les abscisses’z sont connues. Il suffit donc,

pour ajuster l’ensemble des courbes théoriques ^aux points expérimentaux :

a) de déterminer le rapport k entre p et Vi ; b) ^de multiplier ^les expressions théoriques ^par

^un

facteur .K convenable (dépendant

^en

particulier ^du

flux lumineux de la lampe excitatrice). Une valeur k

unique correspond ^{aux deux réseaux A et} B, ^mais

^un

coefficient ^K différent ^a été nécessaire pour ajuster chaque ^réseau théorique ^{aux courbes} expérimentales

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002403022100

222

FIG. 1. FIG. 2.

Courbes théoriques. ^Points expérimentaux.

Le niveau de radiofréquence, mesuré par V,, ^est indiqué pour chaque courbe. Pour éviter

un

enchevêtrement des diverses courbes,

^{un axe}

^{des abscisses} différent, indiqué par la flèche,

^a

^été choisi pour chaque courbe.

tracées avec des flux lumineux excitateurs différents.

L’accord théorie-expérience ^est’ excellent. Les légers

désaccords apparents correspondent ^{au cas des} grandes

valeurs de p (forts niveaux de H. F.) ^au voisinage ^des champs H,,12 ^et 3Ho/2. ^Ceci peut s’expliquer par les résonances qui apparaissent ^{à ces} champs ^{en exci-}

tation d, et par le caractère peut ^être imparfait ^{de la} polarisation de la lumière excitatrice.

Lettre reçue le ²⁵ janvier ^1963.

BIBLIOGRAPHIE

^.

[1] ^DODD (J. N.), ^FOX (W. N.), ^SERIES (G. W.) ^{et TAYLOR} (M. J.), ^Proc. Phys. Soc., 1959, 74, 789.

[2] ^BROSSEL (J.), ^Ann. Physique, 1962, 7, 622.

[3] ^DODD (J. N.) ^{et SERIES} (G. W.), ^Proc. Roy. Soc., 1961,

A 263, 353.

[4] ^BARRAT (J. P.), ^Proc. Roy. Soc., 1961, ^A 263, 371.

[5] ^KIBBLE (B. P.) ^{et SERIES} (G. W.), ^à paraître.

[6] ^BARRAT (J. P.) ^{et BUTAUX} (J.), ^{C. R. Acad.} Sc., 1961, 253, 2668.

[7] ^BLOCH (F.) ^{et SIEGERT} (A.), Phys. Rev., 1940, 57, ^522.

[8] ^GRIVET (P.) ^et BLAQUIÈRE (A.), ^Le bruit de fond Masson, 1958, pp. ^{351 et} suiv.

SUR UNE POSSIBILITÉ EXPÉRIMENTALE DE COMPARAISON MUON-ÉLECTRON

A TRÉS HAUTE ÉNERGIE (1)

Par M. Paul KESSLER,

Laboratoire de Physique Atomique ^du Collège ^{de France}

Paris.

L’idée d’utiliser l’effet de photo-production ^de paires

aux grandes énergies ^et grands angles, afin d’étudier les propriétés ^des photons, ^{électrons et muons aux} petites distances, ^a déjà ^été formulée, notamment par Drell ^{et ses} collaborateurs [1, 2, 3]. ^{Dans cet} esprit,

une expérience ^de photo-production ^de paires ^{de muons}

sur

une cible de carbone a été récemment réalisée [4]

dans un domaine où cependant le transfert d’impulsion

est encore faible (40-80 MeV/c) ; ^{comme on} pouvait s’y attendre, ^{aucune anomalie du muon} n’a été décelée dans ce domaine.

A nos yeux, l’idée de suppléer éventuellement à des

expériences de diffusion de muons à grand ^transfert

par des expériences ^de photo-production paraît pré-

senter un double intérêt :

a) ^Étant donnée la difficulté bien connue de faire des

(1) ^Le présent ^travail

^a

bénéficié de l’aide du Commis-

sariat à l’Energie Atomique.