HANLE (EFFET)

HANLE (EFFET)

HANLE EFFE

Phénomène de dépolarisation de la lumière de résonance d’une vapeur atomique, sous l’action d’un faible champ magnétique. Il a été observé et caractérisé par le physicien allemand W. Hanle en 1924.

On sait que le phénomène de résonance optique consiste à irradier les atomes d’une vapeur avec la lumière émise par une lampe contenant les mêmes atomes: les atomes de la vapeur absorbent la lumière de longueur d’onde appropriée (dite longueur d’onde de résonance) venant de la lampe, et réémettent ensuite la même longueur d’onde avec une intensité également répartie dans toutes les directions de l’espace (le retard moyen de la réémission après l’absorption est ce qu’on appelle la durée de vie 精 de l’état excité de l’atome). Pour des raisons de commodité, on observe généralement la lumière de résonance réémise par la vapeur dans une direction Oz perpendiculaire à la direction Oxd’irradiation par la lampe.

On peut effectuer l’expérience de résonance optique en polarisant rectilignement la lumière incidente venant de la lampe, de telle sorte que le vecteur champ électrique de l’onde soit parallèle à l’axe Oy perpendiculaire aux deux directions précédentes. Pour un grand nombre de raies de résonance (mais non toutes), on observe alors que la lumière de résonance est aussi polarisée rectilignement, avec son vecteur champ électrique parallèle à la même direction Oy . C’est en particulier le cas avec la raie de résonance ultraviolette du mercure de longueur d’onde = 253,7 nm. Cela s’explique, de manière classique aussi bien que quantique, de la façon suivante: l’onde incidente provoque de petits déplacements des électrons internes aux atomes, qui leur confèrent une polarisation parallèle à la direction Oy du champ électrique; les atomes se comportent alors comme de petites antennes, parallèles à la direction Oy . Mais cela n’est vrai que dans la mesure où les atomes de la vapeur ne sont soumis à aucun champ magnétique.

Si, au contraire, on applique un faible champ magnétique B, parallèle à la direction d’observation Oz , on observe que la lumière de résonance est partiellement dépolarisée. La dépolarisation augmente avec l’amplitude du champ magnétique; et pour de grandes valeurs du champ, la lumière de résonance est complètement dépolarisée. C’est l’effet Hanle.

Cet effet est dû à la modification des orbites électroniques sous l’action du champ magnétique: on démontre en physique classique que toutes les orbites électroniques rournent autour de la direction Oz du champ magnétique avec la vitesse angulaire de Larmor

(où q et m sont la charge et la masse de l’électron). En théorie quantique, ce sont les moments cinétiques, caractérisant les états électroniques, qui tournent autour de Oz avec la vitesse angulaire

où g est un facteur sans dimension (généralement égal à une fraction simple), appelé facteur de Landé, et caractéristique de chaque état atomique. Si un atome particulier réémet la lumière avec un retard t par rapport à l’instant d’absorption, son état électronique aura subi une rotation d’un angle n = mt , et la polarisation de la lumière réémise sera modifiée en conséquence. En fait, les valeurs des retards t sont distinctes pour les différents atomes et se répartissent autour d’une valeur moyenne 精 (durée de vie de l’état excité). La polarisation de la lumière émise par chaque atome a donc une direction différente parce qu’elle a tourné d’un angle différent; c’est ce qui provoque un brouillage de la polarisation. Si l’angle de rotation moyen

est petit, le brouillage reste faible; mais si l’angle de rotation moyen est grand, le brouillage peut être très grand. On peut définir quantitativement la polarisation par la formule:

où I^max et I^min sont respectivement le maximum et le minimum d’intensité lumineuse mesurés en faisant tourner un polariseur. Un calcul exact montre alors que cette polarisation est donnée en fonction du champ magnétique par la formule:

Les expériences d’effet Hanle dans les champs B connus permettent de mesurer le produit g 精 et donc de mesurer l’un de ces deux paramètres atomique si l’autre est mesuré par une autre méthode. Inversement, la mesure de la polarisation de la lumière de résonance réémise par des atomes connus mais situés dans la très haute atmosphère permet d’en déduire la valeur du champ magnétique B en ce point.

Encyclopédie Universelle. 2012.