J. Phys. France 37, 1135-1154 (1976)
DOI: 10.1051/jphys:0197600370100113500

Collisions en champ magnétique intense. I) collisions quasi résonnantes entre atomes identiques

J.C. Gay

Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'E.N.S. et Université Paris V, Tour 12, E01, 4, place Jussieu, 75230 Paris Cedex 05, France

Abstract
We investigate the effects of strong magnetic fields on the relaxation and transfer processes in resonant collisions between similar partners in the case of J = 1 → J = 0 resonance transitions. The interaction potential during the collision is the R-3 dipole-dipole interaction. The impact approximation with rectilinear trajectories is assumed. We suppose that the order of magnitude of the field such that the Larmor procession of the J = 1 excited state cannot be neglected during the collision time. The model takes into account all the effects connected with the finite value of the collision time as compared to the Larmor precession period. Moreover, we suppose that the energy splitting of the Zeeman sublevels is small compared to kT. We derive the symmetry properties of the relaxation matrix which is no longer rotationally invariant when the system is submitted to an external magnetic field. The variations with the field strength of the relaxation and transfer collisional rates obtained from numerical solutions of Schrôdinger's equation are given. Some applications are mentioned and we compare the results with recent experimental investigations.

Résumé
On étudie les effets d'un champ magnétique intense sur la relaxation et le transfert d'excitation par collisions résonnantes entre atomes identiques en phase vapeur. On suppose que le potentiel pendant la collision qui est traitée dans l'approximation d'impact à trajectoire rectiligne, est le potentiel dipôle-dipôle en R-3. On se limite au cas de transitions de résonance J = 1 → J = 0. On suppose que l'ordre de grandeur du champ magnétique est tel que la précession de Larmor de l'état excité J = 1 des atomes ne peut pas être négligée pendant la durée de la collision. Dans notre modèle, les effets liés au caractère fini de la durée de l'interaction comparée à la période de Larmor sont donc pris en compte. Le champ est d'autre part supposé assez faible pour que la levée de dégénérescence Zeeman de l'état excité puisse être considérée comme petite comparée à l'énergie thermique kT des atomes. On montre qu'en présence du champ magnétique, la matrice de relaxation ne possède plus la symétrie sphérique mais conserve néanmoins certaines propriétés de symétrie. Les variations avec le champ des taux de relaxation et de transfert par collisions entre atomes et entre sous-niveaux Zeeman sont calculées par résolution numérique de l'équation de Schrodinger. Diverses applications et extensions de ce travail sont mentionnées et l'on compare les prévisions aux résultats de récentes expériences.

PACS
3450F - Electronic excitation and ionization of atoms (including beam-foil excitation and ionization).

Key words
atom atom collisions -- atomic resonant states -- magnetic field effects