L’atome habillé : une étude théorique et expérimentale des propriétés physiques d’atomes en interaction avec des photons de radiofréquence

Nous avons commencé dans les précédents numéros des Annales de Physique (Tome 6, n° 4 et 5, pages 189 à 326), la publication d’une monographie consacrée à l’étude des propriétés physiques d’un système atomique en interaction avec un champ de radiofréquence.Nous avons présenté une interprétation entièrement quantique de la résonance magnétique dans laquelle le champ de radiofréquence est traité en termes de photons et nous avons été naturellement conduits à considérer que dans une expérience de spectroscopie hertzienne, le système physique étudié est le système global constitué par l’atome en interaction avec les photons de radiofréquence, que nous avons appelé l’atome « habillé ».Le point de vue de l’atome habillé nous a permis de déterminer simplement la position et les caractéristiques de toutes les raies de résonance magnétique observables dans une expérience de spectroscopie hertzienne; il nous a conduit à prévoir des effets nouveaux comme la modification du moment magnétique atomique sous l'effet du couplage de l’atome avec un champ de radiofréquence linéaire, ou encore la levée de la dégénérescence Zeeman en champ statique nul d’un niveau atomique couplé à un champ de radiofréquence tournant; il nous a permis de calculer aisément la réponse d’un système atomique à deux champs électromagnétiques différents dont l’un (le champ habillant) peut être très intense; il nous a également permis de décrire simplement les divers processus de relaxation d’un atome soumis à l’action d’un champ de radiofréquence de grande intensité...Diverses applications intéressantes des propriétés de l’atome habillé ont été envisagées : obtention de raies de résonance magnétique de cohérence d’une grande finesse ; modification de l'effet Hanle, de la précession de Larmor, de l’effet Zeeman d’un atome sous l’effet du couplage avec un champ de radiofréquence qui altère le moment magnétique atomique; circulation de cohérence entre deux niveaux atomiques dont les facteurs de Landé ont été égalisés par couplage avec un champ habillant; modification du spectre d’absorption hyperfin d’un atome alcalin couplé à un champ de radiofréquence ; modification sous l’effet du couplage avec un champ habillant de la relaxation produite sur un niveau atomique par un champ magnétique inhomogène, etc.Tous ces effets — calculés théoriquement en détail dans la première partie de cette monographie — ont été observés dans des expériences de pompage optique sur des vapeurs atomiques. Il nous a paru intéressant de rassembler dans les chapitres qui suivent la description de toutes ces expériences, qui apportent une vérification et une illustration de la théorie de l’atome habillé développée dans les chapitres précédents