Étude théorique de la relaxation d'atomes alcalins par collisions sur une paroi et sur un gaz

Abstract
The time dependence of the mean value of an observable Q (measured over an ensemble of alkali atoms in the ground state) is theoretically studied when two relaxation processes are simultaneously present : collisions against the walls of the cell, after diffusion through a foreign gas and collisions with the molecules of the gas. The use of the density matrix formalism makes it possible to calculate the time evolution of différent observables taking into account the fact that their relaxation in the gas phase and on the walls can exhibit different time constants. The present theory is valid for a coated wall (weak collisions of the magnetic type) or for an uncoated wall (strong collisions). It should lead to an interpretation of experimental results and allow a determination of the diffusion constant of alkali atoms in a buffer gas and of the deorientation cross sections for different observables. The ratios between these cross sections give information on the physical nature of the disorientating interaction in the gas phase and on its fluctuation spectrum.

Résumé
L'étude théorique présentée a pour but de calculer l'évolution dans le temps de la valeur moyenne d'une observable Q relative à un ensemble d'atomes alcalins dans l'état fondamental, lorsque la relaxation a pour cause les deux processus suivants : d'une part les collisions contre la paroi après diffusion dans le gaz, d'autre part les collisions des atomes alcalins contre les atomes du gaz. Le calcul utilise le formalisme de la matrice densité, ce qui permet de calculer l'évolution de différentes observables et de tenir compte de ce que des observables différentes peuvent relaxer sur la paroi ou sur le gaz avec des constantes de temps différentes. La mise en équation est valable pour une paroi recouverte d'un enduit (collisions faibles de type magnétique) et pour une paroi très désorientante (verre nu ou recouvert d'un miroir alcalin). Cette étude doit permettre d'interpréter les résultats expérimentaux et d'en déduire le coefficient de diffusion de l'alcalin dans le gaz étranger et les sections efficaces de désorientation (alcalin-gaz étranger) relatives à diverses observables. Les rapports entre ces derniers paramètres apportent des renseignements quant à la nature de l'interaction désorientatrice en phase gazeuse et au caractère du spectre de ses fluctuations.