Spectroscopie à deux lasers sur un système interdit à trois niveaux : 6s ½ - 7s ½ - 6p 3/2 dans le césium

Two- laser spectroscopy of a forbidden three-level system : 6s ½ - 7s ½ - 6p 3/2 of the cesium atom

• Auteur / Autrice : Michel Lintz
• Direction : Lionel Pottier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1987
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) - École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Pottier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Césium

Spectroscopie laser

Mots clés libres

Violation de parité

Spetcroscopie de polarisation

Spectroscopie à 2 lasers

Violation de parité dans l'atome

Résumé

Les mesures de violation de parité sur la transition 6S-7S du cesium confirment, avec une précision de 10%, la prédiction du Modèle Standard des interactions électromagnétiques, faibles et fortes. Toutefois, des prédictions essentielles de la théorie, telles que les corrections radiatives, ou l'existence d'un couplage axial Z°-nucléon, qui sont de l'ordre de quelques pour cent, n'ont pas encore été testées. Un nouveau projet, en cours de développement, vise à améliorer l'efficacité de la détection (qui était de 1/2000) : l'utilisation d'un faisceau sonde résonnant avec la transition 7S-6P3/2 doit forcer les atomes 7S à émettre sur une seule transition et dans une seule direction. Ce mémoire décrit les expériences préliminaires (et leur Interprétation théorique) permettant d'arriver à une bonne compréhension du comportement d'atomes de césium en présence d'un laser continu excitant la transition très interdite 6S-7S et d'un laser sonde résonnant avec la transition 7S-6P3/2 Les inévitables processus collisionnels Cs-Cs sont pris on compte. Nous avons vérifié qu'en présence du faisceau sonde, l'émission stimulée 7S-6P3/2 a effectivement lieu et que le faisceau sonde est alors amplifié. Nous avons pu montrer également qu'en présence du faisceau sonde, l'orientation des atomes 7S peut être détectée, et ce par deux méthodes différentes : observation de la fluorescence 7S-6P½ (sans analyse de polarisation), ou détection de la rotation optique sur le faisceau sonde, Enfin les spectres sans effet Doppler ont montré que, dans les conditions prévues pour la future expérience de violation de parité, la structure hyperfine de la transition 7S-6P3/2 est résolue. La détection d'un alignement électrofaible dans le niveau 7S1/2, sur laquelle repose le projet, semble donc possible.

Parity violation measurements in the 6S-7S transition of cesium agree, within the 10% accuracy, with the Standard Model of electro­magnetic, weak, and strong interaction. However, fundamental features, such as electroweak corrections or the Z°-nucleon axial coupling, which are of the order of a few percent, have never been observed. A novel project, currently developed, aims at improving the detection efficiency (previously 1/2000): a probe laser, tuned to the 7S-6P3/2 transition, will force the 7S atoms to emit in only one direction and only one transition. This dissertation describes the preliminary experiments (and their theoretical interpretation) which allow a good understanding of the behavior of cesium atoms in the presence of two c. W. Lasers: one driving the highly forbidden 6S-7S transition, the other probing the allowed 7S-6P3/2 transition. The Cs-Cs collisionnal processes are taken into account. These experiments have shown that the probe beam does stimulate emission of the 7S atoms and is then amplified. We have also shown that an electronic polarization of the 7S atoms can be detected by two different methods using the probe beam observation of the 7S-6P½ fluorescence (without polarization analysis), or detection of the optical rotation of the probe beam. A the Cs density required for the planned parity-violation measurement, the Doppler-free spectra show complete resolution of the hyperfine structure of the 7S-6P3/2 transition. The detection of an electroweak alignment the 7S level, on which the project is based, thus appears to be possible.