J. Phys. France 41, 819-830 (1980)
DOI: 10.1051/jphys:01980004108081900

Forbidden singlet-triplet anticrossings in 3He : precise determination of n1D-n3D (n = 3-6) intervals

J. Derouard, M. Lombardi et R. Jost

Laboratoire de Spectrométrie Physique , Université Scientifique et Médicale de Grenoble, B.P. 53X, 38041 Grenoble Cedex, France

Abstract
We have studied narrow anticrossing signals in 3He which have no equivalent in 4He because they are due to the conjonction of fine and hyperfine interactions. High precision results are obtained by the use of a high homogeneity Bitter coil driven by NMR. The experimental signals obtained are in perfect agreement with the predictions deduced from an entire diagonalization of the 3He Breit hamiltonian restricted to the (Is, nd) configuration. The values used for the radial constants are deduced from an analysis of previous experimental results obtained by various authors on 4He and 3He. These values are found to differ from the hydrogenic ones by less than 1 %. We have determined : first the singlet-triplet spin-orbit coupling constant for the 31-3D states : a(3D) = 650 ± 1 MHz and secondly the singlet-triplet separation of nD states (n = 3 to 6) with a precision of up to 5 x 10-5 in relative value. An unexpectedly large ( ˜ 10- 3), negative isotope shift is found compared to the equivalent 4He values, presumably due to a slight configuration interaction induced by a hyperfine interaction.

Résumé
Nous avons étudié sur 3He des signaux d'anticroisement de faible largeur; dus à la conjonction des interactions de structure fine et hyperfine, ils n'ont pas d'équivalent dans 4He. Des mesures de grande précision sont rendues possibles grâce à l'utilisation d'une bobine de Bitter de grande homogénéité pilotée par RMN. Les signaux expérimentaux sont en parfait accord avec les prédictions déduites d'une diagonalisation complète du hamiltonien de Breit à l'intérieur de chaque configuration (Is, nd) de 3He; les valeurs utilisées pour les constantes radiales sont déduites de résultats expérimentaux antérieurs portant sur les intervalles de structure fine et hyperfine de 4He et 3He obtenus par différents auteurs; on trouve que ces valeurs diffèrent de moins de 1 % de celles calculées à l'approximation hydrogénoïde. Nous avons déterminé : d'abord la constante de couplage spin-orbite singulet-triplet dans le cas des états 3D : a(3D) = 650 ± 1 MHz. Ensuite, les écarts singulet-triplet pour les états nD (n = 3 à 6) avec une précision allant jusqu'à 5 x 10-5 en valeur relative; nos valeurs sont plus petites, d'environ 1 % que les quantités correspondantes mesurées dans le cas de 4He ; ce déplacement isotopique, dont la grandeur est inattendue, est, pensons-nous, dû à une faible interaction de configuration induite par l'interaction hyperfine.

PACS
3270J - Line shapes, widths, and shifts.
3290 - Other topics in atomic properties and interactions of atoms with photons.
3315P - Fine and hyperfine structure.

Key words
atomic hyperfine structure -- energy level crossing -- helium atoms -- isotope shifts -- spin orbit interactions