Spectroscopie de l'atome d'hydrogene. Vers une mesure absolue de la frequence de la transition 1s-3s

• Auteur / Autrice : GAETAN HAGEL
• Direction : François Biraben
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

L'objet de cette these est l'amelioration d'un dispositif experimental existant en vue d'une mesure absolue de la frequence de la transition 1s-3s dans l'atome d'hydrogene au kilohertz pres. Le premier chapitre de ce manuscrit commence par quelques rappels sommaires sur le calcul des niveaux d'energie de l'atome d'hydrogene. Il se poursuit par la description de quelques experiences de spectroscopie de cet atome et par un bilan des determinations actuelles de la constante de rydberg et du deplacement de lamb du niveau fondamental de l'atome d'hydrogene. Enfin, les motivations qui ont conduits a l'etude de la transition 1s-3s sont detaillees, ainsi que le schema general de cette experience. La description du montage experimental est scindee entre les deuxieme et troisieme chapitre. Plus particulierement, le chapitre 2 detaille les parties de l'experience permettant de generer la radiation a 205 nm, necessaire a l'excitation de la transition 1s-3s a deux-photons. Ainsi ce chapitre contient la description du laser titane-saphir, de ses asservissements et celle des deux cavites de doublage de frequence. On verra le role determinant du second doublage de frequence et les problemes dus a un effet photorefractif limitants pour cette experience. Le troisieme chapitre est consacre a la partie de l'experience relative a l'observation du signal atomique, de sa detection et de son traitement tant electronique qu'informatique. On y trouvera egalement la description de la mise en place de bobines dont l'utilite sera decrite dans le quatrieme chapitre. Ce quatrieme chapitre regroupe les calculs et les mesures qui ont permis une premiere determination du decalage. Doppler du second ordre sur cette experience. Les effets induits par l'application d'un champ magnetique et par le champ electrique motionnel seront detailles, ainsi que les calculs relatifs a l'influence de ces effets sur la fluorescence a 656 nm (3s-2p) que nous detectons. Enfin, la mesure de la distribution de vitesse et la determination experimentale du decalage doppler au second ordre seront commentees. Pour finir, le dernier chapitre de ce manuscrit aborde la mesure absolue de frequence et donne une estimation de la precision potentielle sur une telle mesure dans l'etat actuel de l'experience. Les possibilites d'amelioration sont egalement regroupees dans ce chapitre.