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17 • Action d’un champ magnétique
Reprenons l’exemple de l’état fondamental 1
2 S 1/2 de l’atome d’hydrogène et de
son diagramme Zeeman de structure hyperfine. Considérons les transitions possibles
entre les différents sous-niveaux, schématisées sur la figure 17.5.
Dans le cas des champs faibles, les transitions se divisent en deux classes.
• Les transitions de basse fréquence correspondant à DF = 0, entre deux sousniveaux magnétiques d’un niveau hyperfin F, avec pour règles de sélection
Dm F = ±1. C’est le cas des transitions notées a et b sur la figure 17.5.
• Les transitions de haute fréquence pour lesquelles DF = ±1 et Dm F = 0, ±1 ; ce
sont les transitions notées A, B et C.
Ces règles de transition sont à compléter par des règles de polarisation. Les transitions de haute fréquence dans des champs faibles sont des fonctions linéaires du
champ. L’extrapolation vers un champ nul permet d’obtenir une valeur très précise
de l’intervalle hyperfin pour la transition F = 0 ↔ F = 1. La transition notée
B est indépendante du champ magnétique pour de très faibles valeurs de celui-ci et
conserve une valeur constante égale à A
2 .
F = 1
F = 0
m F
1
0
–1
0
champ
faible
champ
moyen
champ
fort
E
h ω L
m I
1/2
–1/2
–1/2
1/2
A B C
a
b
α
β
p
r
Figure 17.5
Dans le cas des champs forts, on distingue deux types de transitions.
• Celles de haute fréquence correspondant aux règles de sélection Dm j = ±1,
Dm I = 0. Ce sont les transitions notées a et b sur la figure 17.5 et qui engendrent
un changement d’orientation du spin électronique.
• Celles de moyenne fréquence correspondant aux règles de sélection Dm j = 0,
Dm I = ±1. Ces transitions, notées p et r, correspondent à un renversement du
spin nucléaire.