Two methods for nuclear spin determination in collinear laser spectroscopy: classical rf magnetic resonance and observation of the Larmor precession

Abstract

Measurement of nuclear spin in the collinear laser spectroscopy method has been investigated using a fast sodium atomic beam excited collinearly by a C.W. single mode dye laser beam. The atomic magnetic moments are first aligned by optical pumping process, then they interact with a static magnetic field H0. The magnetic alignment of the atomic system just at the exit of the magnetic field is monitored by the laser induced fluorescence. Upon varying the amplitude of H0, the fluorescence signal presents a fringed structure. This structure is due to the Larmor precession of the aligned magnetic moments around H0, and therefore it is a signature of the spin involved. The modulation patterns corresponding to different relative orientations of H0 and light polarization direction, are fitted by an analytical formula. In a second step, a classical magnetic resonance experiment with a static magnetic field and a radiofrequency field has been performed. The monocinetic character of our fast atomic beam allowed us to observe, even at high r.f. power, resonances line shapes in agreement with the Majorana formula.Nous décrivons des expériences de mesure de spin nucléaire, réalisées sur un jet atomique rapide de Na excité colinéairement par un laser à colorant continu et monomode. Deux méthodes ont été employées. Dans l'une d'elles, on fait interagir un champ magnétique statique H0 avec les atomes du jet dont les moments magnétiques ont été préalablement alignés par le pompage optique provoqué par la lumière. L'état magnétique du système atomique à la sortie du champ magnétique est analysé par l'intermédiaire de la fluorescence induite par le laser. Lorsque l'on fait varier l'amplitude de H0, le signal de fluorescence présente une structure de franges qui est due à la précession de Larmor des moments magnétiques autour de H0 ; cette structure dépend donc du spin nucléaire des atomes. Les signaux enregistrés pour différentes orientations relatives de H0 et de la direction de polarisation de la lumière s'accordent avec les résultats de calculs analytiques. La deuxième méthode est la méthode de résonance magnétique classique en présence d'un champ statique et d'un champ radiofréquence. A cause du caractère monocinétique de notre jet atomique rapide, nous avons pu observer, en champ r.f. fort, les profils de raies de résonance prévus par la théorie de Rabi et Majorana

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