J. Phys. France 38, 1343-1359 (1977)
DOI: 10.1051/jphys:0197700380110134300

On the theory of collisions of atoms in rydberg states with neutral particles

A. Omont

Radioastronomie , Observatoire de Meudon, 92190 Meudon, France, et Université Paris 7, France

Abstract
The theory of transitions between Rydberg states induced by thermal collisions, and of the broadening and shift of optical lines involving such states, is reconsidered. It is shown that the Fermi potential can be generalized in terms of the reaction matrix of the collision between a free electron and the neutral perturber. Adiabatic potential curves of the quasi-molecule are thus obtained in analogy with quantum defect theory. An adiabaticity criterion is proposed to distinguish between inelastic and quasi-elastic collisions. The scattering length approximation and JWKB wave-functions are used to obtain an approximate expression for cross-sections of quasi-elastic collisions (Δn = 0) for intermediate n values (n ˜ 15-20). It is also shown that it is possible to explain the observed behaviour of the broadening and the shift of optical lines by noble gases and alkalis for intermediate or high n values.

Résumé
On rediscute de façon unifiée la théorie des transitions par collisions entre états de Rydberg et de l'élargissement et du déplacement des raies optiques impliquant un de ces états. On montre que le potentiel de Fermi peut être généralisé en utilisant la matrice de réaction de la collision d'un électron libre avec le perturbateur, de façon à obtenir les courbes de potentiel adiabatiques de la quasi-molécule sous une forme analogue à celle de la théorie du défaut quantique. Un critère d'adiabaticité est proposé pour distinguer entre les collisions nettement inélastiques et les collisions quasi élastiques. L'approximation de la longueur de diffusion et des fonctions d'onde JWKB sont utilisées pour obtenir une expression approchée des sections efficaces des collisions quasi élastiques (An = 0), pour des valeurs de n intermédiaires (n ˜ 15-20). On montre aussi qu'il est possible d'expliquer le comportement observé de l'élargissement et du déplacement des raies optiques pour les gaz rares et les alcalins pour des valeurs de n intermédiaires ou élevées.

PACS
3270J - Line shapes, widths, and shifts.
3450F - Electronic excitation and ionization of atoms (including beam-foil excitation and ionization).
3410 - General theories and models of atomic and molecular collisions and interactions (including statistical theories, transition state, stochastic and trajectory models, etc.).

Key words
atomic excited states -- atomic inelastic collisions