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Influence du champ magnetique sur la fluorescence des vapeurs diatomiques d'iode, tellure et soufre
INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR LA FLUORESCENCE DES VAPEURS DIATOMIQUES D'IODE, TELLURE ET SOUFRE par J E A N G E N A R D Institut d'Astrophysique de l'Universit6 de Li6ge, Belgique 80mmaire A l ' a i d e d u g r a n d 6 1 e c t r o - a i m a n t de B e l l e v u e - P a r i s , o n a e f f e c t u 6 des mesures q u a n t i t a t i v e s de l ' a f f a i b l i s s e m e n t m a g n 6 t i q u e des fluorescences d e 12, Te2 e t $2 en f o n c t i o n de l ' i n t e n s i t 6 du c h a m p . D a n s le cas d e l ' i o d e , la t h 6 o r i e d ' u n e p r 6 d i s s o c i a t i o n m a g n 6 t i q u e , p r o p o s 6 e a n t 6 r i e u r e m e n t p a r T u r n e r - - v a n V 1 e c k, p a r a i t v6rifi6e p o u r les c h a m p s . m a g n 6 t i q u e s s u p 6 r i e u r s k 20.000 G.; p o u r des c h a m p s p l u s f a i b l e s , les 6 c a r t s d e v i e n n e n t de p l u s e n p l u s c o n s 6 q u e n t s . L e p a r a m 6 t r e d e la f o r m u l e d e V a n V 1 e c k a 6t6 t r o u v 6 6gal k a/b = 400. L ' e x t i n c t i o n d e la f l u o r e s c e n c e d u t e l l u r e a 6t6 6 t u d i 6 e d e la m ~ m e f a ~ o n m a i s , d a n s ce cas, la t h 6 o r i e de V a n Vleck ne p a r a l t pas suffisante. U n e e x t i n c t i o n a s s e z c o m p l e x e d e la f l u o r e s c e n c e d e $2 a p u ~tre o b s e r v 6 e . C o m m e darts les d e u x p r e m i e r s cas, l ' a f f a i b l i s s e m e n t d 6 p e n d d e la l o n g u e u r d ' o n d e e x c i t a t r i c e . C e r t a i n e s s6ries de r 6 s o n a n c e p a r a i s s e n t p l u t 6 t renforc6es par F a c t i o n du c h a m p . L ' e n s e m b l e des o b s e r v a t i o n s est enaccordsuffisantaveclath6oriede Turner--van Vleck. I. INFLUENCE DU CHAMP SUR LA FLUORESCENCE DE 12
1. Etat de la question. E n 1913, S t e u b i n g 1) observa que la fluorescence de la v a p e u r d i a t o m i q u e d'iode 6tait f o r t e m e n t 6teinte par le c h a m p magn6tique. Visuellement, l'intensit6 de cette fluorescence paraissait affaiblie d ' u n tiers sous un c h a m p de 14.000 G. W o o d et R i b a u d ~), ~ leur tour, 6valu~rent ~ 90% l'extinction c o r r e s p o n d a n t ~ un c h a m p de 30.000 G. ; un groupe d'observa1) S t e u b i n g ; Verh. d. D. Phys. Ges.; 15, 1181, 1913. 2) "Wood et R i b a u d ; Philos. Mag.; 27, 1009, 1914. Physica I
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tions effectu6es A diverses pressions de vapeur les conduisirent ~ la conclusion que l'affaiblissement magn4tique diminuait de plus en plus au fur et A mesure que l'ampoule contenant l'iode ~tait portde une temp4rature de plus en plus 61ev6e. En 1919, S t e u b i n g 1) d4termina, ~ l'aide d'un sprectrophotom&tre visuel, la courbe liant l'intensit4 restante de la fluorescence la grandeur du champ magn~tique. Cette courbe, d'allure exponentielle, n'a pu ~tre retrouv4e ult4rieurement par des mesures photom~triques photographiques pr4cises. Le premier essai d'interpr4tation du ph4nom&ne est dfi ~ F r a n c k et G r o t r i a n *) ; d'apr~s eux, l'extinction magn6tique de la fluorescence de 12 proviendrait d'une dissociation de la molecule excitde d'iode sous l'effet du champ. Mahheureusement, on se rendit rapidement compte que cette th4otie 4tait nettement insuffisante; un travail d'O I d e n b e r g 3) sur les variations 4ventuelles d'intensit~ relative des bandes d'absorption de la vapeur fit abandonner compl~te~nent cette hypothb.se. Les th4ories modernes relatives aux spectres mol4culaires ayant fortement progressd, on se rendait compte des difficult4s th4oriques d'interpr4tation caus4es par une e x c i t a t i o n t r o p complexe de la vapeur d'iode; il 4tait d'ailleurs possible que l'action du champ magn4tique ne fut pas la m~me sur la fluorescence ~mise par des radiations excitatrices de longueur d'onde diff~rente. Se servant de radiations monochromatiques du Ne, Hg et Cd, T u r n e r 4) observa que l'extinction magn4tique pr4sentait un maximum pour une longueur d'onde excitatrice d~termin~e. Se basant sur l'allure de la courbe liant la longueur d'onde excitatrice au pourcentage d'affaiblissement, T u r n e r proposa une explication du ph4nom~ne qui devait se r4v41er tr~s f4conde. L'extinction magn~tique proviendrait d'une pr6dissocation caus4e par un niveau 41ectronique instable qui influencerait le niveau excit6 de la mol4cule d'iode. Les mol4cules situ4es sur certains niveaux excit4s de vibration et de rotation voisins du point de jonction des courbes d'~nergie des deux niveaux ~lectroniques stable et instable auraient une dur4e de 1) S t e u b i n g ; Ann. der Phys.; 58, 55, 1919. 2) F r a n c k et G r o t r i a n ; Zeitsch. fiir Phys. ; 6, 35,1921. 3) O l d e n b e r g ; Zeitschr. fiir Phys.; 57, 186, 1929. 4) T u r n e r ; Zeitschr. fiir Phys.; 65, 464, 1930.
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vie anormalement courte; elles passeraient ensuite sur ce dernier niveau instable au lieu de se d6sactiver par 6mission lumineuse. Dans le cas de l'iode, ce dernier passage 61ectronique est normalement interdit; mais la pr6sence du champ magn~tique rendrait caduque la r~gle de s61ection correspondante et permettrait partiellement le passage sous certaines conditions. Le travail de T u r n e r semblait donc conduire h la conclusion que le champ magn6tique agit sur les molecules excit6es d'iode, diminue leur dur6e de vie dans cet ~tat et, par l'interm~diaire d'un niveau 61ectronique instable, leur fair perdre leur 6nergie d'activation sans 6mission lumineuse. Cette hypoth~se explique d'ailleurs l'observation de W o o d et R i b a u d relative ~t l'influence de la pression de la vapeur: une pression plus 61ev6e provoque un nombre plus important de chocs, diminue donc la dur~e moyenne de vie des mol~cules excitdes et, par suite, leur probabilit6 d'6tre ~teintes par le champ. Cette hypoth~se de pr6dissociation magn6tique de la vapeur d'iode fut reprise ult6rieurement, du point de vue tMorique pur, par V a n V i e c k 1). Ce dernier montra qu'il ~tait possible, qualitativement, d'expliquer l'affaiblissement de la fluorescence de l'iode par l'interaction, sous l'action du champ, de deux niveaux 61ectroniques 3~b~ et 3re;-, respectivement stable et instable de la vapeur. Du point de vue quantitatif, V a n V 1 e c k obtint la formule suivante liant la grandeur du champ H au pourcentage d'extinction de la fluorescence Q :
Q-
bH 2 a + bH 2 "
dans laquelle a e t b sont deux constantes. Nous exposerons plus loin la v6rification exp~rimentale de cette formule. Dans un travail ant6rieur 2), nous avons montr6 1) que chaque terme de vibration d'une m~me s6rie de r~sonance 6tait 6galement affaibli par le champ et 2) que les deux composantes des doublets de rotation constituant ces diff6rents termes subissaient 6galement la mfime extinction. Ces r6sultats confirmaient donc l'hypoth~se d'une pr6dissociation 1) 2)
V a n V l e c k ; Phys. Review; 40, 544, 1932. Zeitschr. fiir Phys.; 77, 791, 1932.
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magn~tique laissant p r a t i q u e m e n t i n t a c t le n i v e a u n o r m a l de la molecule mais p e r t u r b a n t f o r t e m e n t le n i v e a u excit& B e r g 1), de son c6t~, a entrepris une belle ~tude syst~matique de l'intensit6 de la fluorescence excit~e, sous l'action du champ, dans un m~lange d'iode et de gaz ~tranger; les formules de S t e r n e t V o 1m e r ~), d o n n a n t t h ~ o r i q u e m e n t ces intensit~s, ont 6t~ trouv~es insuffisantes. Plus r~cemment, A g a r b i c e a n u 3) a entrepris une v~rification directe de l'hypoth~se de T u r n e r - - V a n V 1 e c k. Si Faction du c h a m p magn~tique donne lieu au ph~nom~ne de pr~dissociation, l'instabilit6 du n i v e a u p e r t u r b a t e u r dolt ~tre partiellem e n t communiqu~e au n i v e a u excit~ initialement stable. E n d ' a u t r e s termes, les n i v e a u x de r o t a t i o n excites voisins du m a x i m u m ~ventuel de p e r t u r b a t i o n d o i v e n t presenter une certaine i n d e t e r m i n a t i o n de position. Les raies d ' a b s o r p t i o n de la v a p e u r aboutissant ~ ces n i v e a u x doivent donc manifester, en presence du champ, un Mger ~largisse'ment. Une v~fification de ce r a i s o n n e m e n t a ~t6 tent~e p a r A g a r b ic e a n u. P r e n a n t p o u r source continue, le fond de la raie v e r t e d ' u n lampe A Hg assez chaude, et p h o t o g r a p h i a n t avec u n s p e c t r o g r a p h e ~chelons, les raies d ' a b s o r p t i o n de I2 s'y d~tachant, A g a r b i c e an u a montr~ que l'effet a t t e n d u n'~tait pas observ~ et m~me, q u ' a p p a r e m m e n t , l'effet contraire semblait se manifester. Des enregistrem e n t s m i c r o p h o t o m ~ t r i q u e s des raies d ' a b s o r p t i o n en font foi; les d e u x raies observ~es paraissent en effet plus fines en presence du c h a m p q u ' e n son absence. Toutefois, A g a r b i c e a n u fait rem a r q u e r l'apparition, sur le spectre pris en presence du champ, d ' u n e nouvelle c o m p o s a n t e voisine d ' u n e des deux tales d'absorption. Cette raie nouvelle est t o t a l e m e n t absente sur les spectres pris sans c h a m p magn~tique. A g a r b i c e a n u pense que c e t t e composante nouvelle p o u r r a i t s'expliquer p a r une l~g~re instabilit~ du n i v e a u excit~ mais se d e m a n d e p o u r quelle raison une nouvelle composante n ' a p p a r a i t pas ~galement au voisinage de l'autre raie d'absorption. Nous croyons, de n o t r e c6t~, qu'il est possible d ' i n t e r p r ~ t e r les m i c r o p h o t o g r a m m e s d'A g a r b i c e a n u d ' u n e t o u t e autre fa~on. 1) 2) 3)
B e r g; Zeitschr. fiir Phys.; 89, 79, 1932. Stern et V o [ m e r ; Phys. Zeitschr.; 20, 183, 1929. Agarbiceanu; C. R. de Paris; 13 mars 1933.
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L a faible raie nouvelle, voisine d ' u n e des raies d'absorption, serait une c o m p o s a n t e Z e e m a n de l'une ou l'autre de ces derni~res. L ' ~ c a r t e m e n t observ~ est de l'ordre de grafldeur d ' u n tel effet. Q u a n t ~ l'amincissement des raies primaires, la cause p e u t en ~tre plus simple. I1 est p r a t i q u e m e n t certain, en effet, que les deux raies primaires ne sont pas les seules raies d ' a b s o r p t i o n recouvertes par la raie v e r t e du mercure. Le spectre d ' a b s o r p t i o n de la v a p e u r d'iode est tellement complexe et le ,,blending" de plusieurs bandes de vibration tellement f r e q u e n t que des raies d ' a b s o r p t i o n c o r r e s p o n d a n t d ' a u t r e s n i v e a u x de r o t a t i o n d o i v e n t c e r t a i n e m e n t exister au voisinage des d e u x raies primaires observ~es par A g a r b i c e a n u. I1 suffit, p a r exemple, q u ' u n e telle raie soit pr~sente entre les deux composantes fortes pour expliquer p a r f a i t e m e n t , par la thdorie de V a n V 1 e c k, l'effet d'amincissement a p p a r e n t observe. E n effet, nous savons, p a r le travail de T u r n e r, que le c h a m p magn~tique n'agit pas de la m~me fa~on sur les diff6rents n i v e a u x ; de telle sorte que cette raie faible interm~diaire p e u t tr~s bien ~tre ~largie notablem e n t plus que les raies primaires. A cet ~largissement, dolt corresp o n d r e p o u r elle, un m a x i m u m d'intensit~ affaibli; ce qui peut expliq u e r l ' a p p a r e n c e d'amincissement des raies primaires. L'allure des d e u x premiers m i c r o p h o t o g r a m m e s d'A g a r b i c e a n u semble correspondre p a r f a i t e m e n t ~ ce ph~nom~ne. Cette explication reste d'ailleurs valable en ce qui concerne l'observation i n a t t e n d u e dans un m~lange de 12 et de 02. A g a r b ic e a n u a introduit, dans l'ampoule d'iode, une quantit~ d'oxyg&ne suffisante p o u r faire disparaltre par chocs l'une des d e u x raies primaires. Un spectre d ' a b s o r p t i o n de ce m~lange identique au premier, mais pris dans le c h a m p magn~tique, m o n t r e une r~apparition partielle de cette raie. L'explication de ce ph~nom~ne s'obtient sans difficult~ par l'hypoth~se d ' u n e troisi~me raie d ' a b s o r p t i o n interm~diaire s'~largissant n o t a b l e m e n t sous Faction du champ. Nous ne pensons donc pas que le travail d'A g a r b i c e a n u soit n~cessairement une objection h la th~orie de V a n V 1 e c k. I1 nous semble que ce travail devrait ~tre repris d ' u n e fa~on plus precise; il faudrait p o u r cela, pouvoir isoler avec certitude toutes les raies d'absorption de l'iode et op~rer ~ des pressions de v a p e u r variables. L'explication que nous donnons ci-dessus semblerait, au-contraire, confirmer l'hypoth~se de T u r n e r-V a n V 1 e c k qui, croyonsnous, a ~t~ assez solidement ~tablie jusqu'~ pr6sent. Elle p e r m e t t r a i t
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dgalement d'interprdter directement la seconde observation d'A g a rb i c e a n u relative A l'absorption d'un mdlange de I2 et de 02.
2. Recherches expdrimentales A. P o s i t i o n du probl~me Le but de notre travail a consistd Avdrifier la formule thdorique de V a n V 1 e c k liant le pourcentage d'affaiblissement Q ~ l'intensitd du champ H: bH 2 Qa + bH 2 Dans un syst&me d'axes Q - - H , cette expression reprdsente une courbe tr~s connue dans le calcul des probabilitds. I1 est facile ~le vdrifier que cette derni~re est tangente k la direction de l'axe des H aux points H = 0 et H -+ oo; l'intensitd de la fluorescence doit donc tendre vers zdro pour des champs magndtiques suffisamment dlevds. De plus, cette courbe prdsente un point d'inflexion pour les valeurs Qi--- I/4 et Hi = ~/a/3b. De telle sorte que si'la courbe expdrimentale obtenue est correcte et reprdsente bien la thdorie de V a n V 1 e c k, nous devrons observer, aux erreurs du tracd gdomdtrique pros, le point d'inflexion au voisinage d'un affaiblissement de 25% . L'intensitd du champ magn6tique en ce point permettra alors de calculer le param&tre a/b de la formule gdndrale. Cette mdthode de vdrification reste cependant assez imprdcise; elle ne permet, en effet, qu'une estimation plus ou moins bonne de rallure de la courbe. Aussi, est-il pr6fdrable de la mettre sous la forme n6tablement plus sensible suivante : l'dquation
Q-
bH 2 a+bH 2
peut s'dcrire H2/Q = H 2 + a/b; donc, dans un syst~me d'axes H2/Q ~ H 2, les rdsultats exp~rimentaux devront fournir une droite de co6fficient angulaire 1, le param~tre a/b dtant l'ordonnde du point H = 0. B. T e c h n i q u e instrumentale La mdthode expdrimentale a consistd ~ photographier sous l'action de-champs magndtiques progressivement croissants, le spectre de la fluorescence de l'iode excitde par la raie X 5462 du mercure; ces spectres dtaient joints quelques groupes de marques d'intensitd
INFLUENCE
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destinies ~t transformer les densit6s photographiques en intensit6s r6elles. Du point de vue exp6rimental, ce travail exigeait quelques pr6cautions indispensables: emploi d'une lampe excitatrice parfaitement constante; impression des divers spectres de fluorescence pendant des temps rigoureusement ~gaux, action pratiquement nulle du champ magn~tique ext6rieur sur la lampe, n6cessit6 d'une homog6n6it6 suffisante du champ darts le volume of1 6tait ~mise la fluorescence, excitation monochromatique intense car la fluorescence produite de cette mani~re n'~tait pas tr&s forte; enfin, pr6cautions classiques pour l'obtention de bons r~sultats photom~triques. Les cliches de mesure ont 6t6 pris ~ l'aide du grand ~lectro-aimant de l'Acad6mie des Sciences de Bellevue-Paris 1). Une lampe A Hg tr~s intense et de construction sp6ciale ~), plac6e ~ deux m&tres environ au dessous de l'~lectro, servait de source excitatrice. La lumi~re de cette lampe 6tait fortement concentr6e par des lentilles appropri6es ~t l'int6rieur d'une petite ampoule de quartz (1 cm de diam~tre) dispos6e dans l'entrefer de l'61ectro. La fluorescence 6tait photographi6e dans une direction perpendiculaire ~ l'aide d'un spectrographe H u e t ~ deux prismes tr&s lumineux. Chaque spectre exigeait deux heures de pose. La preparation de l'ampoule ~t lode avait n6cessit6 des soins sp6ciaux: initialement reli6e ~t un syst~me de pompes h vide tr~s pouss6, elle 6tait parfaitement purg6e d'air par un chauffage d'une semaine environ sous une temp6rature de 200--300 degr~s. L'iode, chimiquement pur, 6tait alors introduit par distillations successives et Yampoule scell6e au chalumeau. Toutes ces op6rations s'effectuaient toujours sous un vide tr~s 61ev~, un pi~ge ~t air liquide interm6diaire interceptant toute vapeur pouvant provenir de la pompe. Chaque clich6 de mesure portait: 1) un spectre de la fluorescence sans champ magn6tique. 2) des spectres pris sous des champs de 6.600--9.900--14.900-19.600--24.600--29.300--34.300 et 42.600 Gauss. 3) les groupes de marques d'intensit6. 1) Nous t e n o n s fi r e m e r c i e r v i v e m e n t Monsieur le Prof. C o t t o n d ' a v o i r o b l i g e a m m e n t mis tt notre d i s p o s i t i o n les d i v e r s a p p a r e i l s de son l a b o r a t o i r e . 2) Ce mod61e de l a m p e sera d6crit tr~s p r o e h a i n e m e n t p a r l ' a u t e u r darts un fascieule de la c o l l e c t i o n des ,,Actualit6s S c i e n t i f i q u e s et I n d u s t r i e l l e s " , E d i t . H e r m a n n , Paris, p r 6 s e n t 6 sous le m6rne t i t r e que ee t r a v a i l .
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Pour des champs magn~tiques plus 61ev6s que 45.000 G., la fluorescence, trop fortement 6teinte, ne permettait plus des mesures suffisamment pr~cises. Les mesures photom6triques ont 6t~ effectu6es sur les termes + 1 et + 3 de la s~rie de r~sonance excit~e par ~ 5462 Hg. C. R e s u l t a t s
1)
Lors d'un travail exp6rimental ant6rieur 2), nous avions commenc~ l'6tude quantitative de l'extinction magn6tique de la fluorescence de l'iode dans le but de v6rifier l'hypoth~se de T u r n e r-V a n V 1 e c k; malheureusement, ces premiers r6sultats ne sembl~rent pas la confirmer. L'allure de la courbe nous a y a n t paru assez surprenante, nous n o u s sommes d~cid6s ~t reprendre l'6tude quantitative du phdnom&ne en apportant le plus grand soin aux mesures photom6triques. Darts le tableau suivant, nous d o n n o n s le r6sultat du photom~trage de nos n o u v e a u x cliches. Intensit~s Champs Raie + 1 0G.
6.600 9.900 14.900 19.600 24.600 29.300 34.300 42.600
100 98,6 95,8 75,0 53,1 39,3 32,1 26,0 19,3
Raie + 3 100 95,6 90,7 75,3 57,1 43,1 35,7 29,7
] Moyennc 1O0 97,1 93,2 75,! 55,1 41,2 33,9 27,8
trop faible
La fig. I repr6sente ces valeurs transcrites sous forme de graphique dans le syst~me d'axes H--Q. La courbe obtenue parait en bon accord avec la formule de V a n V l e c k ; elle semble bien tangente ~ l'axe des H en H ---- 0 et H - > oo et pr6sente u n point d'inflexion au point Qi = 1/4 et Hi = 15.000 G. De l'expression Hi = a/a/3b, on tire la valeur du param&tre a/b = 675 (pour H exprim~ en Kgauss.). Darts la fig. 2, nous avons transcrit les valeurs du tableau num6ri1) Les r6sultats s u i v a n t s ont 6t6 pr6sent6s a n t 6 r i e u r e m e n t sous la r6f6rence: C. R. de Paris; 13 n o v e m b r e 1933. 2) Zeitschrift fiir Phys.; 77, 791, 1932.
INFLUENCE DU CHAMP MAGNI~TIQUE SUR LA FLUORESCENCE
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que ci-dessus dans le syst~me d'axes H 2 - - H2/Q;les points repr6sent e n t les valeurs du t e r m e + 1 et les croix c e l l e s d u t e r m e + 3 . 100
,
~
9O 80
70
,tensi[6~ 5c
"~""~""Rai e+I
10.000
20.000
30.000
40.000
GAUSS Fig. 1
Cette figure m o n t r e que, p o u r des c h a m p s magn6tiques sup~rieurs ~t 20.000 G., la formule de V a n V 1 e c k est p a r f a i t e m e n t applicable; p o u r des c h a m p s inf6rieurs, l'6cart de la loi de V a n V 1 e c k parait devenir s y s t 6 m a t i q u e m e n t plus cons6quent. Certes, les valeurs c o r r e s p o n d a n t aux champs tr~s faibles ne doiv e n t pas 6tre prises en consid6ration car l'ordonn6e H2/Q devient ind6termin6e; ceci se voit d'ailleurs d6j~t sur les r6sultats obtenus p o u r un c h a m p de 6.600 G. Les 6carts observ6s de l'expression de V a n V 1 e c k ne doivent c e p e n d a n t pas 6tre e x p 6 r i m e n t a u x car il faudrait alors a d m e t t r e des diff6rences n o t a b l e m e n t supdrieures ~t la pr6cision des mesures soit
50.000
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sur l'intensit6 du champ, soit sur le pourcentage d'affaiblissement; on ne comprendrait d'ailleurs pas non plus leur aspect systfimatique. 3070
•
2500
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2000
Fig. 2
La valeur num~rique du param~tre a/b que nous avons d~termin~e ci-dessus ne peut donc pas fitre consid6r~e comme exacte presqu'elle correspond au point de la courbe H = 15.000 G. pour lequel la formule de V a n V 1 e c k ne parait pas applicable. La m o y e n n e des deux droites repr~sent~es sur la fig. 2 donne a --= b
400
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D.
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Conclusions
I1 semble donc permis d ' a f f i r m e r que, ]usqu" .a. . .present, aucun fait n e t t e m e n t d~favorable ~ la th~orie de la pr6dissociation magn~tique de la fluorescence de l'iode n'a ~t~ mis en ~vidence. Q u a l i t a t i v e m e n t , cette hypoth&se de T u r n e r-V a n V 1 e c k est rest~e en bon accord avec les r~sultats e x p d r i m e n t a u x ; du point de vue q u a n t i t a t i f , la th~orie, applicable dans son ensemble, p a r a i t toutefois insuffisante p o u r les c h a m p s magn~tiques faibles. T o u t ce passe c o m m e si, p o u r ces intensit~s de c h a m p un ph~nom&ne secondaire s ' a j o u t a i t fl la pr6dissociation magn~tique et diminuait l'extinction de la fluorescence. I I . INFLUENCE DU CHAMP SUR LA FLUORESCENCE DE Tg2
]. Une extinction magn~tique de la fluorescencede Te2,analogue celle observ~e pour l'iode, vient d'etre mise r~cemment en ~vidence par S m o l u c h o w s k i l ) . Dans le cas de la vapeur de tellure, une difficult~ exp~rimentale nouve]le est apparue; la fluorescencede To2ne se laissant exciter que sous des temperatures voisines de 600--700 degr~s, il devenait n~cessaire de placer, dans l'entrefer de l'~]ectro, un dispositif de chauffage appropri~; ce qui diminuait notablement l'intensit~ du champ magn6tique. S m o I u c h o w s k i est parvenu, ~ l'aide d'un four thermique special, fl d~celer une extinction de 25% environ de la fluorescence excit~e sous un champ de 26.000 G. L'excitation lumineuse se faisait par les raies k}~4046 et 4368 d'une lampe ~ Hget la fluorescence~tait photographi6e ~ l'aide d'un spectrographe donnant une dispersion de 33 A/mm. environ. Le pourcentage d'affaiblissement de la fluorescence a ~t~ trouv~ diff6rent suivant ]a longueur d'onde excitatrice : les s~ries ~mises par k 4048 et k 4358 pr~sentant des extinctions moyennes de 15% et de 34%. De plus, et contrairement flce qui se passe pour l'iode, les divers ter~nes de r~sonance d'une m~me s~rie manifestent un affaiblissement variable. Cette observation est d'importance car e]le parait impliquer que, dans le cas du tellure, le niveau excit~ stable n'est pas uniquement I} S n l o l u c h o w s k l ;
Zeitschrift f~ir Phys.;85, 191, 1933.
860
JEAN G E N A R D
a t t e i n t p a r l'action du c h a m p m a g n 6 t i q u e ; ce dernier s e m b l a n t , au contraire, p e r t u r b e r 6galement le n i v e a u 61ectronique normal. D'apr&s S m o 1 u c h o w s k i , les t e r m e s de la s6rie X 4358 anorm a l e m e n t faibles en l'absence du c h a m p subiraient une e x t i n c t i o n plus i m p o r t a n t e que les autres termes. Ceci semblerait signifier que la th~orie de T u r n e r - V a n V 1 e c k ne serait pas suffisante dans le cas du tellure et qu'il apparaitrait, ici un ph6nom~ne n o u v e a u p e r t u r b a n t le n i v e a u 61ectronique normal. 2. De n o t r e c6t~ 1), nous avons entrepris l'6tude q u a n t i t a t i v e du p o u r c e n t a g e d ' e x t i n c t i o n de cette fluorescence en fonction de l'intensit6 du c h a m p magn6tique. Les clich6s ont 6t6 pris 6galement ~t l'aide du g r a n d ~lectro de Bellevue-Paris et de l'installation employde dans le cas de l'iode. L e m~me s p e c t r o g r a p h e a aussi 6t6 utilis6; sa dispersion 6tant de 17 A/mm. environ (soit double de celle de S m oI u c h o w s k i), nous avons pu isoler, les composantes principales des multiplets c o n s t i t u a n t certains termes de r6sonance. Chaque clich6 p o r t a i t : 1) un spectre sans c h a m p magn6tique, 2) une suite de spectres avec c h a m p s progressifs de 5 . 0 0 0 - - 1 0 . 0 0 0 - 1 5 . 0 0 0 - - 2 0 . 0 0 0 - - 2 5 . 0 0 0 - - 3 0 . 0 0 0 - - 3 5 . 0 0 0 et 41.700 gauss. 3) quelques gammes de m a r q u e s photom6triques. Le temps de pose 6tait de 20 minutes p o u r chaque spectre. Comme S m o 1 u c h o w s k i, nous avons pu m e t t r e en dvidence un affaiblissement de la fluorescence d 6 p e n d a n t de la longueur d'onde excitatrice. De la s~rie ~mise p a r la raie ~ 4046 Hg, seul le t e r m e + 2 est a p p a r u sur nos clich6s; l'intensit6 de ce t e r m e en fonction du c h a m p est donn6e p a r la courbe de la fig. 3. P o u r un c h a m p de 26.000 G., nous obtenons un affaiblissement de 12,5%, en bonne concordance avec celui observ6 13ar S m o 1 uchowski (15%).. E n ce qui concerne la s6rie excit~e par ~, 4358 Hg, nous avons pu p h o t o m 6 t r e r les termes de - - 2 ~t + 7 . Toutefois, les m a r q u e s d'int.ensit6 relatives au t e r m e m l 6tant t r o p faibles, nous avons dfi renoncer mesurer cette raie; de m~me, avec notre dispersion instrumentaie, on p o u v a i t ais6ment r e m a r q u e r que le t e r m e + 5 6tait n o t a b l e m e n t I)
R 6 s u l t a t s prdsent6s sous la r6f6rence s u i v a n t e : C. R. de P a r i s ; 26 f6vrier 1934.
INFLUENCE
DO CHAMP MAGN~TIQUE
SUR LA FLUORESCENCE
861
perturb6 par une raie parasite voisine ~), nous avons donc ~galement abandonn~ cette mesure. t Les quatre courbes de la fig. 4 donnent les valeurs de l'affaiblissement de tous les termes de la s~rie pour les champs de 10.000--20.000 --30.000 et 40.000 G. Les points Oa et 0b repr~sentent deux composantes de fluorescence observ~es A gauche et A droite de la raie excitatrice. De m6me, Ia, Ib et I sont respectivement les composantes gauche et droite et la composante centrale intense du terme + 1. Le terme A est une raie ~trang~re probablement ~ la s~rie X 4358 mais influenc~e ~galement par le champ; c'est peut-~tre un terme de la s~rie exit~e par k 4348. 100
9O
.I
Iensil'~s.
8O
70
60. 10 000
ZO.O00
30.000
40.000
GAUSS.
Fig. 3
I1 y a lieu de remarquer les differences importantes d'affaiblissement des diverses composantes d'un m~me multiplet; l'effet est surtout marqu~ pour les termes 0 et + 1. I1 est encore impossible actueUement de tirer une conclusion plus compl&te de ces r~sultats ~tant donn6 le manque absolu de renseignements relatifs ~ l'origine de ces composantes. Dans la fig. 5, nous avons reproduit, pour un champ de 26.000 G. : courbe 1 : courbe d'affaiblissement donn~e par S m o 1 u c h o w s k i pour la s~rie X 4358, courbe 2: courbe analogue trac~e d'apr~s nos mesures, courbe 3 : courbe qualitative de l'intensit~ des diff~rents termes de la s~rie sans champ magn~tique. On volt que nos ~valuations de l'affaiblissement paraissent donc 1) Cet effet, que S m o l u c l l o w s k i ne p o u v a i t o b s e r v e r a v e c sa dispersion, e s t p r o b a b l e m e n t l'origine de l ' a f f a b l i s s e m e n t a n o r m a l c o r r e s p o n d a n t ~t ce terme.
50.000
862
JEAN G E N A R D
quelque peu inf6rieures k celles de S m o 1 u c h o w s k i, bien que de telles mesures photom6triques ne permettent pas encore actuellement une pr6cision sup6rieure A 5 ou 6%. Une autre remarque semble se d6gager de l'aspect de la fig. 5: les deux courbes 2 et 3 paraissent qualitativement analogues; ce qui semblerait indiquer que l'affaiblissement des termes varierait dans le m~me sens que leur intensit6 relative. 10.00.00AUSS SO 40 3O 20 tO
oi
-
0
0.%
-t
-
~A"i, *~tzt,
z,
Fig. 4
a.
4
5
7
R&IE$
2o.o0o GAuss 5O 50 40
~o
• I"
tO
~
0
-z
"~
(
ol J. . ~ 0 b t~t b A22z~
F i g . 4.
4
s
6
7
RAi~S
c.
Ce r6sultat ne pourra malheureusement ~tre acquis avec certitude que le jour off une ~tude analogue aura ~t6 reprise ~ grande dispersion et en tenant compte, lorsque la chose sera possible, de l'interpr~tation exacte des diverses composantes des multiplets. 3. En r~sum~, on peut doric consid6rer comme acquis actuellement les r~sultats suivants: la fluorescence du tellure est ~teinte par un champ magn~tique
INFLUENCE
D U C H A M P M A G N ] ~ T I Q U E S U R LA F L U O R E S C E N C E
863
ext6rieur mais darts des proportions plus faibles que celle de t'iode; le pourcentage d'extinction est diff6rent suivant la longueur d'onde de la radiation excitatrice; les termes successifs d'une m6me s6rie de rdsonance ne sont pas affaiblis d'6gale fa~on par le champ, ce qui fait pr6voir que~ la th6orie de la pr~dissociation magn6tique n'est pas la seule cause d'extinction; les diverses composantes d'un m~me multiplet sont tr6s diff6remment perturb6es par le champ. 30.000 G A u s s 50
• 4o
~o zo p"
J
10 0
o,,% ':'b A~"b
~2
4
Fig. 4 40.O00
6
7
RAIt[$
b. GAuss
50 5O 40
.f"
50
O
~
N~.
lt%
,a d
• ~'0 10 0
-,'
o~%
~11b Ae~Zl:b
l
s
4
6
y
RA,tS
Fig. 4 d. I I I . INFLUENCE DU CHAMP SUR LA FLUORESCENCE DE S 2
A l'aide de l'f,lectro-aimant, de Paris, nous avons pu 6galement mettre en dvidence une forte extinction magn~tique de la fluorescence des mol~cules diatomiques de soufre i). l] est connu que les raies ultra-violettes ~ 2894, 2968, 3022, 3126 I)
R6f6rence ant6rieure: C. R. de Paris; 4 d(~ce,nbre 1933.
lEAN
864
GENARD
et 3132 HgI excitent de fortes s6ries de doublets ou de multiplets de r6sonance. Comme la plupart de ces s6ries sont encore facilement observables dans le visible, il est possible 6galement, A titre de contr61e, de suivre Faction du champ dans cette r6gion spectrale. Les clich6s ont 6t~ pris avec des spectrographes ~ optique de quartz ou de verre permettant de s6parer ais6ment les termes des diff6rentes s6ries; chacun de ces clich6s portait un spectre sans champ 26000 GAuss..
100
gO 80 70 60 50 40
%
Courbe !
D
s-
30 #
20
../"
Courbe 2
I0 .i. o,,% h , l b
0 -z
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AlZZ b
3
4
6
7
RA1E~.
•
Fig. 5
"" £ourbe 3
magn6tique, un spectre avec champ' de 40.000 G. et un groupe de marques d'intensit6. Les temps de pose 6talent de 21/2heures. A premiere vue, Faction du champ parait assez complexe; en effet, c6t6 de termes fortement 6teints, il en est un certain hombre su r lesquels le champ ne parait avoir aucune influence tandis que quelques autres sont nettement renmrc6s. Cette derni~re constatation est enti~rement nouvelle mais nous verrons plus loin que l'explication doit en ~tre simple.
I N F L U E N C E D U C H A M P MAGN~..TIQUE S U R LA F L U O R E S C E N C E
865
Nous reproduisons ci-dessous nos premi&res observations visuelles: Sdries de multiplets X excgatHce 2894 2968 3022 3126
3132
Termes tr& fortement affaiblis Assez fortement affaiblis Affaiblis L6g~rement diminu6s, sauf peut-&re le quatri~me terme positif qui parait garder sensiblement la m~me intensit~ Non affaiblis, peut-&re m~me 16g~rement augment6s, sauf le premier terme antistokesien qui est 16g~rement affaibli. Sdries de doublets 1)
3126 3132
Tr~s fortement augment6s Id.
L'action du champ magn6tique d6pend donc d'une fa~on nette de la longueur d'onde excitatrice; ce r&ultat est A rapprocher de ceux obtenus pour l'iode et le tellure. I1 est important de remarquer que, dans le cas du soufre, l'affaiblissement va progressivement en diminuant au fur et A mesure que la longueur d'onde excitatrice augmente, et que l'extinction est pratiquement nulle pour la fluorescence 6raise par ~ 3132. Ces observations sont-elles en accord avec l'hypoth&se d'une pr6dissociation magn&ique appliqu6e aux niveaux 61ectroniques de $2? Nous savons, d'apr&s les travaux de V. H e n r i, qu'il existe, vers ), 2799 et ;~2615, une pr6dissociation naturelle des mol&ules de soufre caus~e par un niveau 61ectronique instable dont la courbe d'~nergie coupe celle du niveau excit6 stable en deux points. La formule de M o r s e a permis 6galement de tracer ces courbes d'6nergie potentielle pour les deux niveaux 61ectroniques excit6 et normal et de situer les divers niveaux de vibration de la mol&ule (malheureusement d'une fa~on encore peu pr&ise). D'autre part, on connait aussi, mais avec une pr&ision que nous trouvons exag6r6e 2), l'6nergie de dissociation de la mol6cule normale 1) 2)
Ces s&ies ne peuvent ~tre isol~es que dans le visible. Christy et N a u d ~ ; Phys. Review; 37, 901, 1931.
Physica I
55
866
J E A N GENARD
La fig. 6 repr~sente graphiquement, d'apr~s O. H e i 1 1), l'ensemble de ces r~sultats. A premiere rue, il semblerait difficile d'expliquer l'affaiblissement magn6tique de la fluorescence par l'interaction des deux niveaux ~lectroniques causant la pr6dissociation natureUe.
3,98
P Fig. 6
En effet, l'existence de ce ph~nom~ne de pr~dissociation naturelle implique que, partiellement au moins, le passage du niveau excit6 stable au niveau instable est permis par les r~gles de s~lection; Fintroduction du champ magndtique n'aurait donc plus pour effet, comme dans le cas de l'iode, de rendre caduque une de ces r~gles. D'un autre c6t~, la fig. 6 montre que l'6nergie de dissociation de la molecule dans l'~tat normal est sup~rieure k l'~nergie des premiers niveaux de vibration excites; un coup d'ceil qualitatif semblerait donc interdire le passage des molecules situ~es sur ces niveaux de vibration excites vers le niveau instable. 1)
H e i 1; Zeitschrift fiir Phys.; 74, 18, 1932.
INFLUENCE DU CHAMP MAGN1~TIQUE SUR LA FLUORESCENCE
867
En r~alit~, l'apparition, dans la fluorescence de l'iode, de la pr~dissociation magn~tique ne provient pas directement de la suppression d'une r~gle de s~lection; la th~orie de V a n V 1 e c k a consist6 ~ introduire des termes fonction de l'intensit~ du champ H dans l'expression math~matique liant entre-eux les deux niveaux 61ectroniques; ceci cr~e, au voisinage des points de croisement des courbes d'~nergie, une certaine probabilit6 de passage du niveau stable vers le niveau instable et, par 1A, supprime en partie le principe de s~lection interdisant le passage 61ectronique. Darts le cas du soufre, la m~me transformation math~matique peut s'op~rer et l'effet du champ doit s'ajouter k la probabilit6 de passage pr~existante. En ce qui concerne la position des niveaux de vibration excites par rapport ~ l'6nergie de dissociation de la molecule normale, nous alions montrer que toutes les s~ries de r6sonance pr6sentant un affaiblissement magn~tique partent bien de niveaux de vibration 6nerg~tiquement sup~rieurs, ou au moins tr&s voisins, de la dissociation de la molecule dans l'6tat normal. Nous avons d~termin6 ant~rieurement 1), par uoe discussion de r~sultats connus, les valeurs probables du nombre quantique de vibration v " des molecules capables d'etre excit6es par les diverses raies du mercure.et avons trouv~: S~rie ;~ 2894 ,, k 2968
v" = 6
v" ~- 3
,,
~3022
v"
=
6
,,
~.3126
v"
=
5
,,
~.3132
v" =
4
Les quatre premi&res de ces s~ries pr~sentent un affaiblissement magndtique. Le cas le plus d~favorable, du point de vue 6nerg6tique est celui de la s6rie X 3126. Si nous ajoutons ~ l'6nergie du 5me niveau de vibration normal (5 X 736,9 --~ 3685 cm -1, voir r~f~rence 1) celle correspondant A une excitation par la raie 3126 (31981 cm-l), l'~nergie de la molecule excit6e sera au minimum de 35666 cm-1; il faut encore lui ajouter l'~nergie d~e ~ la rotation mol~culaire et ~ventuellement l'~nergie thermique de la vapeur. L'6nergie de dissociation dans l'6tat normal a ~t6 trouv~e ~gale ~ 4,45 vlots ou 36.072 cm -1. Une difference de 1)
Bull. Acad6mie Royale de Belgique; Classe Sciences; t.
xvII, no. 3, 1931.
868
JEAN GENARD, INFLUENCE SUR LA FLUORESCENCE
400 cm - t , soit 0,05 volt all maximum s4pare donc seulement les deux valeurs; cette diff4rence est certainement de l'ordre de la precision des mesures actuelles. Nous avons signal6 4galement une forte augmentation d'intensit4 des doublets excit4s par les raies XX3126 et 3132. Cette derni~re dolt tr&s probablement provenir d'une d~multiplication, par effet- Z e em a n, des raies d'absorption de $2; les mol4cules de la vapeur pouvant ainsi absorber une quantit4 plus grande de l'~nergie excitatrice. Remarquons d'ailleurs qu'un tel effet peut produire de graves erreurs dans la mesure des modifications de l'intensit~ des fluorescences par le champ magn4tique; l'erreur peut d'ailleurs 6tre positive ou n~gative; eile ne pourra ~tre 61imin6e que tr~s difficilement et seulement si l'on parvient k connattre avec pr4cision la forme exacte des raies excitatrices et l'effet Z e e m a n dans les bandes d'absorption de la vapeur ~tudi~e. I1 y a lieu de signaler 4galement des variations tr~s nettes d'intensit4s relatives de certaines composantes de multiplets sous Faction du champ magn4tique. Ces modifications sont d'aiUeurs parfaitement explicables par la complexit~ de l'excitation des s~ries de multiplets. En r4sum4, il semble donc que la th4orie de T u r n e r-V a n V 1 e c k suffise jusqu% pr4sent A expliquer les r4sultats exp4rimentaux actuels relatifs ~ l'extinction magn4tique de la fluorescence de $2. Institut d'Astrophysique de l'Universit4 de Li4ge (Belgique). Mai 1934.
1. Etat de la question. E n 1913, S t e u b i n g 1) observa que la fluorescence de la v a p e u r d i a t o m i q u e d'iode 6tait f o r t e m e n t 6teinte par le c h a m p magn6tique. Visuellement, l'intensit6 de cette fluorescence paraissait affaiblie d ' u n tiers sous un c h a m p de 14.000 G. W o o d et R i b a u d ~), ~ leur tour, 6valu~rent ~ 90% l'extinction c o r r e s p o n d a n t ~ un c h a m p de 30.000 G. ; un groupe d'observa1) S t e u b i n g ; Verh. d. D. Phys. Ges.; 15, 1181, 1913. 2) "Wood et R i b a u d ; Philos. Mag.; 27, 1009, 1914. Physica I
54
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JEAN G E N A R D
tions effectu6es A diverses pressions de vapeur les conduisirent ~ la conclusion que l'affaiblissement magn4tique diminuait de plus en plus au fur et A mesure que l'ampoule contenant l'iode ~tait portde une temp4rature de plus en plus 61ev6e. En 1919, S t e u b i n g 1) d4termina, ~ l'aide d'un sprectrophotom&tre visuel, la courbe liant l'intensit4 restante de la fluorescence la grandeur du champ magn~tique. Cette courbe, d'allure exponentielle, n'a pu ~tre retrouv4e ult4rieurement par des mesures photom~triques photographiques pr4cises. Le premier essai d'interpr4tation du ph4nom&ne est dfi ~ F r a n c k et G r o t r i a n *) ; d'apr~s eux, l'extinction magn6tique de la fluorescence de 12 proviendrait d'une dissociation de la molecule excitde d'iode sous l'effet du champ. Mahheureusement, on se rendit rapidement compte que cette th4otie 4tait nettement insuffisante; un travail d'O I d e n b e r g 3) sur les variations 4ventuelles d'intensit~ relative des bandes d'absorption de la vapeur fit abandonner compl~te~nent cette hypothb.se. Les th4ories modernes relatives aux spectres mol4culaires ayant fortement progressd, on se rendait compte des difficult4s th4oriques d'interpr4tation caus4es par une e x c i t a t i o n t r o p complexe de la vapeur d'iode; il 4tait d'ailleurs possible que l'action du champ magn4tique ne fut pas la m~me sur la fluorescence ~mise par des radiations excitatrices de longueur d'onde diff~rente. Se servant de radiations monochromatiques du Ne, Hg et Cd, T u r n e r 4) observa que l'extinction magn4tique pr4sentait un maximum pour une longueur d'onde excitatrice d~termin~e. Se basant sur l'allure de la courbe liant la longueur d'onde excitatrice au pourcentage d'affaiblissement, T u r n e r proposa une explication du ph4nom~ne qui devait se r4v41er tr~s f4conde. L'extinction magn~tique proviendrait d'une pr6dissocation caus4e par un niveau 41ectronique instable qui influencerait le niveau excit6 de la mol4cule d'iode. Les mol4cules situ4es sur certains niveaux excit4s de vibration et de rotation voisins du point de jonction des courbes d'~nergie des deux niveaux ~lectroniques stable et instable auraient une dur4e de 1) S t e u b i n g ; Ann. der Phys.; 58, 55, 1919. 2) F r a n c k et G r o t r i a n ; Zeitsch. fiir Phys. ; 6, 35,1921. 3) O l d e n b e r g ; Zeitschr. fiir Phys.; 57, 186, 1929. 4) T u r n e r ; Zeitschr. fiir Phys.; 65, 464, 1930.
INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE' SUR LA FLUORESCENCE
851
vie anormalement courte; elles passeraient ensuite sur ce dernier niveau instable au lieu de se d6sactiver par 6mission lumineuse. Dans le cas de l'iode, ce dernier passage 61ectronique est normalement interdit; mais la pr6sence du champ magn~tique rendrait caduque la r~gle de s61ection correspondante et permettrait partiellement le passage sous certaines conditions. Le travail de T u r n e r semblait donc conduire h la conclusion que le champ magn6tique agit sur les molecules excit6es d'iode, diminue leur dur6e de vie dans cet ~tat et, par l'interm~diaire d'un niveau 61ectronique instable, leur fair perdre leur 6nergie d'activation sans 6mission lumineuse. Cette hypoth~se explique d'ailleurs l'observation de W o o d et R i b a u d relative ~t l'influence de la pression de la vapeur: une pression plus 61ev6e provoque un nombre plus important de chocs, diminue donc la dur~e moyenne de vie des mol~cules excitdes et, par suite, leur probabilit6 d'6tre ~teintes par le champ. Cette hypoth~se de pr6dissociation magn6tique de la vapeur d'iode fut reprise ult6rieurement, du point de vue tMorique pur, par V a n V i e c k 1). Ce dernier montra qu'il ~tait possible, qualitativement, d'expliquer l'affaiblissement de la fluorescence de l'iode par l'interaction, sous l'action du champ, de deux niveaux 61ectroniques 3~b~ et 3re;-, respectivement stable et instable de la vapeur. Du point de vue quantitatif, V a n V 1 e c k obtint la formule suivante liant la grandeur du champ H au pourcentage d'extinction de la fluorescence Q :
Q-
bH 2 a + bH 2 "
dans laquelle a e t b sont deux constantes. Nous exposerons plus loin la v6rification exp~rimentale de cette formule. Dans un travail ant6rieur 2), nous avons montr6 1) que chaque terme de vibration d'une m~me s6rie de r~sonance 6tait 6galement affaibli par le champ et 2) que les deux composantes des doublets de rotation constituant ces diff6rents termes subissaient 6galement la mfime extinction. Ces r6sultats confirmaient donc l'hypoth~se d'une pr6dissociation 1) 2)
V a n V l e c k ; Phys. Review; 40, 544, 1932. Zeitschr. fiir Phys.; 77, 791, 1932.
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JEAN G E N A R D
magn~tique laissant p r a t i q u e m e n t i n t a c t le n i v e a u n o r m a l de la molecule mais p e r t u r b a n t f o r t e m e n t le n i v e a u excit& B e r g 1), de son c6t~, a entrepris une belle ~tude syst~matique de l'intensit6 de la fluorescence excit~e, sous l'action du champ, dans un m~lange d'iode et de gaz ~tranger; les formules de S t e r n e t V o 1m e r ~), d o n n a n t t h ~ o r i q u e m e n t ces intensit~s, ont 6t~ trouv~es insuffisantes. Plus r~cemment, A g a r b i c e a n u 3) a entrepris une v~rification directe de l'hypoth~se de T u r n e r - - V a n V 1 e c k. Si Faction du c h a m p magn~tique donne lieu au ph~nom~ne de pr~dissociation, l'instabilit6 du n i v e a u p e r t u r b a t e u r dolt ~tre partiellem e n t communiqu~e au n i v e a u excit~ initialement stable. E n d ' a u t r e s termes, les n i v e a u x de r o t a t i o n excites voisins du m a x i m u m ~ventuel de p e r t u r b a t i o n d o i v e n t presenter une certaine i n d e t e r m i n a t i o n de position. Les raies d ' a b s o r p t i o n de la v a p e u r aboutissant ~ ces n i v e a u x doivent donc manifester, en presence du champ, un Mger ~largisse'ment. Une v~fification de ce r a i s o n n e m e n t a ~t6 tent~e p a r A g a r b ic e a n u. P r e n a n t p o u r source continue, le fond de la raie v e r t e d ' u n lampe A Hg assez chaude, et p h o t o g r a p h i a n t avec u n s p e c t r o g r a p h e ~chelons, les raies d ' a b s o r p t i o n de I2 s'y d~tachant, A g a r b i c e an u a montr~ que l'effet a t t e n d u n'~tait pas observ~ et m~me, q u ' a p p a r e m m e n t , l'effet contraire semblait se manifester. Des enregistrem e n t s m i c r o p h o t o m ~ t r i q u e s des raies d ' a b s o r p t i o n en font foi; les d e u x raies observ~es paraissent en effet plus fines en presence du c h a m p q u ' e n son absence. Toutefois, A g a r b i c e a n u fait rem a r q u e r l'apparition, sur le spectre pris en presence du champ, d ' u n e nouvelle c o m p o s a n t e voisine d ' u n e des deux tales d'absorption. Cette raie nouvelle est t o t a l e m e n t absente sur les spectres pris sans c h a m p magn~tique. A g a r b i c e a n u pense que c e t t e composante nouvelle p o u r r a i t s'expliquer p a r une l~g~re instabilit~ du n i v e a u excit~ mais se d e m a n d e p o u r quelle raison une nouvelle composante n ' a p p a r a i t pas ~galement au voisinage de l'autre raie d'absorption. Nous croyons, de n o t r e c6t~, qu'il est possible d ' i n t e r p r ~ t e r les m i c r o p h o t o g r a m m e s d'A g a r b i c e a n u d ' u n e t o u t e autre fa~on. 1) 2) 3)
B e r g; Zeitschr. fiir Phys.; 89, 79, 1932. Stern et V o [ m e r ; Phys. Zeitschr.; 20, 183, 1929. Agarbiceanu; C. R. de Paris; 13 mars 1933.
INFLUENCE DU CHAMP MAGNETIQUE SUR LA FLUORESCENCE
853
L a faible raie nouvelle, voisine d ' u n e des raies d'absorption, serait une c o m p o s a n t e Z e e m a n de l'une ou l'autre de ces derni~res. L ' ~ c a r t e m e n t observ~ est de l'ordre de grafldeur d ' u n tel effet. Q u a n t ~ l'amincissement des raies primaires, la cause p e u t en ~tre plus simple. I1 est p r a t i q u e m e n t certain, en effet, que les deux raies primaires ne sont pas les seules raies d ' a b s o r p t i o n recouvertes par la raie v e r t e du mercure. Le spectre d ' a b s o r p t i o n de la v a p e u r d'iode est tellement complexe et le ,,blending" de plusieurs bandes de vibration tellement f r e q u e n t que des raies d ' a b s o r p t i o n c o r r e s p o n d a n t d ' a u t r e s n i v e a u x de r o t a t i o n d o i v e n t c e r t a i n e m e n t exister au voisinage des d e u x raies primaires observ~es par A g a r b i c e a n u. I1 suffit, p a r exemple, q u ' u n e telle raie soit pr~sente entre les deux composantes fortes pour expliquer p a r f a i t e m e n t , par la thdorie de V a n V 1 e c k, l'effet d'amincissement a p p a r e n t observe. E n effet, nous savons, p a r le travail de T u r n e r, que le c h a m p magn~tique n'agit pas de la m~me fa~on sur les diff6rents n i v e a u x ; de telle sorte que cette raie faible interm~diaire p e u t tr~s bien ~tre ~largie notablem e n t plus que les raies primaires. A cet ~largissement, dolt corresp o n d r e p o u r elle, un m a x i m u m d'intensit~ affaibli; ce qui peut expliq u e r l ' a p p a r e n c e d'amincissement des raies primaires. L'allure des d e u x premiers m i c r o p h o t o g r a m m e s d'A g a r b i c e a n u semble correspondre p a r f a i t e m e n t ~ ce ph~nom~ne. Cette explication reste d'ailleurs valable en ce qui concerne l'observation i n a t t e n d u e dans un m~lange de 12 et de 02. A g a r b ic e a n u a introduit, dans l'ampoule d'iode, une quantit~ d'oxyg&ne suffisante p o u r faire disparaltre par chocs l'une des d e u x raies primaires. Un spectre d ' a b s o r p t i o n de ce m~lange identique au premier, mais pris dans le c h a m p magn~tique, m o n t r e une r~apparition partielle de cette raie. L'explication de ce ph~nom~ne s'obtient sans difficult~ par l'hypoth~se d ' u n e troisi~me raie d ' a b s o r p t i o n interm~diaire s'~largissant n o t a b l e m e n t sous Faction du champ. Nous ne pensons donc pas que le travail d'A g a r b i c e a n u soit n~cessairement une objection h la th~orie de V a n V 1 e c k. I1 nous semble que ce travail devrait ~tre repris d ' u n e fa~on plus precise; il faudrait p o u r cela, pouvoir isoler avec certitude toutes les raies d'absorption de l'iode et op~rer ~ des pressions de v a p e u r variables. L'explication que nous donnons ci-dessus semblerait, au-contraire, confirmer l'hypoth~se de T u r n e r-V a n V 1 e c k qui, croyonsnous, a ~t~ assez solidement ~tablie jusqu'~ pr6sent. Elle p e r m e t t r a i t
854
JEAN GENARD
dgalement d'interprdter directement la seconde observation d'A g a rb i c e a n u relative A l'absorption d'un mdlange de I2 et de 02.
2. Recherches expdrimentales A. P o s i t i o n du probl~me Le but de notre travail a consistd Avdrifier la formule thdorique de V a n V 1 e c k liant le pourcentage d'affaiblissement Q ~ l'intensitd du champ H: bH 2 Qa + bH 2 Dans un syst&me d'axes Q - - H , cette expression reprdsente une courbe tr~s connue dans le calcul des probabilitds. I1 est facile ~le vdrifier que cette derni~re est tangente k la direction de l'axe des H aux points H = 0 et H -+ oo; l'intensitd de la fluorescence doit donc tendre vers zdro pour des champs magndtiques suffisamment dlevds. De plus, cette courbe prdsente un point d'inflexion pour les valeurs Qi--- I/4 et Hi = ~/a/3b. De telle sorte que si'la courbe expdrimentale obtenue est correcte et reprdsente bien la thdorie de V a n V 1 e c k, nous devrons observer, aux erreurs du tracd gdomdtrique pros, le point d'inflexion au voisinage d'un affaiblissement de 25% . L'intensitd du champ magn6tique en ce point permettra alors de calculer le param&tre a/b de la formule gdndrale. Cette mdthode de vdrification reste cependant assez imprdcise; elle ne permet, en effet, qu'une estimation plus ou moins bonne de rallure de la courbe. Aussi, est-il pr6fdrable de la mettre sous la forme n6tablement plus sensible suivante : l'dquation
Q-
bH 2 a+bH 2
peut s'dcrire H2/Q = H 2 + a/b; donc, dans un syst~me d'axes H2/Q ~ H 2, les rdsultats exp~rimentaux devront fournir une droite de co6fficient angulaire 1, le param~tre a/b dtant l'ordonnde du point H = 0. B. T e c h n i q u e instrumentale La mdthode expdrimentale a consistd ~ photographier sous l'action de-champs magndtiques progressivement croissants, le spectre de la fluorescence de l'iode excitde par la raie X 5462 du mercure; ces spectres dtaient joints quelques groupes de marques d'intensitd
INFLUENCE
DU CHAMP MAGN1~TIQUE SUR LA FLUORESCENCE
855
destinies ~t transformer les densit6s photographiques en intensit6s r6elles. Du point de vue exp6rimental, ce travail exigeait quelques pr6cautions indispensables: emploi d'une lampe excitatrice parfaitement constante; impression des divers spectres de fluorescence pendant des temps rigoureusement ~gaux, action pratiquement nulle du champ magn~tique ext6rieur sur la lampe, n6cessit6 d'une homog6n6it6 suffisante du champ darts le volume of1 6tait ~mise la fluorescence, excitation monochromatique intense car la fluorescence produite de cette mani~re n'~tait pas tr&s forte; enfin, pr6cautions classiques pour l'obtention de bons r~sultats photom~triques. Les cliches de mesure ont 6t6 pris ~ l'aide du grand ~lectro-aimant de l'Acad6mie des Sciences de Bellevue-Paris 1). Une lampe A Hg tr~s intense et de construction sp6ciale ~), plac6e ~ deux m&tres environ au dessous de l'~lectro, servait de source excitatrice. La lumi~re de cette lampe 6tait fortement concentr6e par des lentilles appropri6es ~t l'int6rieur d'une petite ampoule de quartz (1 cm de diam~tre) dispos6e dans l'entrefer de l'61ectro. La fluorescence 6tait photographi6e dans une direction perpendiculaire ~ l'aide d'un spectrographe H u e t ~ deux prismes tr&s lumineux. Chaque spectre exigeait deux heures de pose. La preparation de l'ampoule ~t lode avait n6cessit6 des soins sp6ciaux: initialement reli6e ~t un syst~me de pompes h vide tr~s pouss6, elle 6tait parfaitement purg6e d'air par un chauffage d'une semaine environ sous une temp6rature de 200--300 degr~s. L'iode, chimiquement pur, 6tait alors introduit par distillations successives et Yampoule scell6e au chalumeau. Toutes ces op6rations s'effectuaient toujours sous un vide tr~s 61ev~, un pi~ge ~t air liquide interm6diaire interceptant toute vapeur pouvant provenir de la pompe. Chaque clich6 de mesure portait: 1) un spectre de la fluorescence sans champ magn6tique. 2) des spectres pris sous des champs de 6.600--9.900--14.900-19.600--24.600--29.300--34.300 et 42.600 Gauss. 3) les groupes de marques d'intensit6. 1) Nous t e n o n s fi r e m e r c i e r v i v e m e n t Monsieur le Prof. C o t t o n d ' a v o i r o b l i g e a m m e n t mis tt notre d i s p o s i t i o n les d i v e r s a p p a r e i l s de son l a b o r a t o i r e . 2) Ce mod61e de l a m p e sera d6crit tr~s p r o e h a i n e m e n t p a r l ' a u t e u r darts un fascieule de la c o l l e c t i o n des ,,Actualit6s S c i e n t i f i q u e s et I n d u s t r i e l l e s " , E d i t . H e r m a n n , Paris, p r 6 s e n t 6 sous le m6rne t i t r e que ee t r a v a i l .
856
JEAN G E N A R D
Pour des champs magn~tiques plus 61ev6s que 45.000 G., la fluorescence, trop fortement 6teinte, ne permettait plus des mesures suffisamment pr~cises. Les mesures photom6triques ont 6t~ effectu6es sur les termes + 1 et + 3 de la s~rie de r~sonance excit~e par ~ 5462 Hg. C. R e s u l t a t s
1)
Lors d'un travail exp6rimental ant6rieur 2), nous avions commenc~ l'6tude quantitative de l'extinction magn6tique de la fluorescence de l'iode dans le but de v6rifier l'hypoth~se de T u r n e r-V a n V 1 e c k; malheureusement, ces premiers r6sultats ne sembl~rent pas la confirmer. L'allure de la courbe nous a y a n t paru assez surprenante, nous n o u s sommes d~cid6s ~t reprendre l'6tude quantitative du phdnom&ne en apportant le plus grand soin aux mesures photom6triques. Darts le tableau suivant, nous d o n n o n s le r6sultat du photom~trage de nos n o u v e a u x cliches. Intensit~s Champs Raie + 1 0G.
6.600 9.900 14.900 19.600 24.600 29.300 34.300 42.600
100 98,6 95,8 75,0 53,1 39,3 32,1 26,0 19,3
Raie + 3 100 95,6 90,7 75,3 57,1 43,1 35,7 29,7
] Moyennc 1O0 97,1 93,2 75,! 55,1 41,2 33,9 27,8
trop faible
La fig. I repr6sente ces valeurs transcrites sous forme de graphique dans le syst~me d'axes H--Q. La courbe obtenue parait en bon accord avec la formule de V a n V l e c k ; elle semble bien tangente ~ l'axe des H en H ---- 0 et H - > oo et pr6sente u n point d'inflexion au point Qi = 1/4 et Hi = 15.000 G. De l'expression Hi = a/a/3b, on tire la valeur du param&tre a/b = 675 (pour H exprim~ en Kgauss.). Darts la fig. 2, nous avons transcrit les valeurs du tableau num6ri1) Les r6sultats s u i v a n t s ont 6t6 pr6sent6s a n t 6 r i e u r e m e n t sous la r6f6rence: C. R. de Paris; 13 n o v e m b r e 1933. 2) Zeitschrift fiir Phys.; 77, 791, 1932.
INFLUENCE DU CHAMP MAGNI~TIQUE SUR LA FLUORESCENCE
857
que ci-dessus dans le syst~me d'axes H 2 - - H2/Q;les points repr6sent e n t les valeurs du t e r m e + 1 et les croix c e l l e s d u t e r m e + 3 . 100
,
~
9O 80
70
,tensi[6~ 5c
"~""~""Rai e+I
10.000
20.000
30.000
40.000
GAUSS Fig. 1
Cette figure m o n t r e que, p o u r des c h a m p s magn6tiques sup~rieurs ~t 20.000 G., la formule de V a n V 1 e c k est p a r f a i t e m e n t applicable; p o u r des c h a m p s inf6rieurs, l'6cart de la loi de V a n V 1 e c k parait devenir s y s t 6 m a t i q u e m e n t plus cons6quent. Certes, les valeurs c o r r e s p o n d a n t aux champs tr~s faibles ne doiv e n t pas 6tre prises en consid6ration car l'ordonn6e H2/Q devient ind6termin6e; ceci se voit d'ailleurs d6j~t sur les r6sultats obtenus p o u r un c h a m p de 6.600 G. Les 6carts observ6s de l'expression de V a n V 1 e c k ne doivent c e p e n d a n t pas 6tre e x p 6 r i m e n t a u x car il faudrait alors a d m e t t r e des diff6rences n o t a b l e m e n t supdrieures ~t la pr6cision des mesures soit
50.000
858
JEAN G E N A R D
sur l'intensit6 du champ, soit sur le pourcentage d'affaiblissement; on ne comprendrait d'ailleurs pas non plus leur aspect systfimatique. 3070
•
2500
'
¢ /
s /i/~l It I
/
2000
/ / 1500
//
/
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I tI
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i III
i I
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/:/ . / /" i IODQ
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4,
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.,.+///t, ~
/,, S; / •
500
i
/ /," J /Y • Ro.ie +I + Rcxie + 3
0
H 2 (H e~%oo~# Iooo
soo
lsoo
2000
Fig. 2
La valeur num~rique du param~tre a/b que nous avons d~termin~e ci-dessus ne peut donc pas fitre consid6r~e comme exacte presqu'elle correspond au point de la courbe H = 15.000 G. pour lequel la formule de V a n V 1 e c k ne parait pas applicable. La m o y e n n e des deux droites repr~sent~es sur la fig. 2 donne a --= b
400
INFLUENCE DU CHAMP MAGNI~'TIQUE SUR LA FLUORESCENCE
D.
859
Conclusions
I1 semble donc permis d ' a f f i r m e r que, ]usqu" .a. . .present, aucun fait n e t t e m e n t d~favorable ~ la th~orie de la pr6dissociation magn~tique de la fluorescence de l'iode n'a ~t~ mis en ~vidence. Q u a l i t a t i v e m e n t , cette hypoth&se de T u r n e r-V a n V 1 e c k est rest~e en bon accord avec les r~sultats e x p d r i m e n t a u x ; du point de vue q u a n t i t a t i f , la th~orie, applicable dans son ensemble, p a r a i t toutefois insuffisante p o u r les c h a m p s magn~tiques faibles. T o u t ce passe c o m m e si, p o u r ces intensit~s de c h a m p un ph~nom&ne secondaire s ' a j o u t a i t fl la pr6dissociation magn~tique et diminuait l'extinction de la fluorescence. I I . INFLUENCE DU CHAMP SUR LA FLUORESCENCE DE Tg2
]. Une extinction magn~tique de la fluorescencede Te2,analogue celle observ~e pour l'iode, vient d'etre mise r~cemment en ~vidence par S m o l u c h o w s k i l ) . Dans le cas de la vapeur de tellure, une difficult~ exp~rimentale nouve]le est apparue; la fluorescencede To2ne se laissant exciter que sous des temperatures voisines de 600--700 degr~s, il devenait n~cessaire de placer, dans l'entrefer de l'~]ectro, un dispositif de chauffage appropri~; ce qui diminuait notablement l'intensit~ du champ magn6tique. S m o I u c h o w s k i est parvenu, ~ l'aide d'un four thermique special, fl d~celer une extinction de 25% environ de la fluorescence excit~e sous un champ de 26.000 G. L'excitation lumineuse se faisait par les raies k}~4046 et 4368 d'une lampe ~ Hget la fluorescence~tait photographi6e ~ l'aide d'un spectrographe donnant une dispersion de 33 A/mm. environ. Le pourcentage d'affaiblissement de la fluorescence a ~t~ trouv~ diff6rent suivant ]a longueur d'onde excitatrice : les s~ries ~mises par k 4048 et k 4358 pr~sentant des extinctions moyennes de 15% et de 34%. De plus, et contrairement flce qui se passe pour l'iode, les divers ter~nes de r~sonance d'une m~me s~rie manifestent un affaiblissement variable. Cette observation est d'importance car e]le parait impliquer que, dans le cas du tellure, le niveau excit~ stable n'est pas uniquement I} S n l o l u c h o w s k l ;
Zeitschrift f~ir Phys.;85, 191, 1933.
860
JEAN G E N A R D
a t t e i n t p a r l'action du c h a m p m a g n 6 t i q u e ; ce dernier s e m b l a n t , au contraire, p e r t u r b e r 6galement le n i v e a u 61ectronique normal. D'apr&s S m o 1 u c h o w s k i , les t e r m e s de la s6rie X 4358 anorm a l e m e n t faibles en l'absence du c h a m p subiraient une e x t i n c t i o n plus i m p o r t a n t e que les autres termes. Ceci semblerait signifier que la th~orie de T u r n e r - V a n V 1 e c k ne serait pas suffisante dans le cas du tellure et qu'il apparaitrait, ici un ph6nom~ne n o u v e a u p e r t u r b a n t le n i v e a u 61ectronique normal. 2. De n o t r e c6t~ 1), nous avons entrepris l'6tude q u a n t i t a t i v e du p o u r c e n t a g e d ' e x t i n c t i o n de cette fluorescence en fonction de l'intensit6 du c h a m p magn6tique. Les clich6s ont 6t6 pris 6galement ~t l'aide du g r a n d ~lectro de Bellevue-Paris et de l'installation employde dans le cas de l'iode. L e m~me s p e c t r o g r a p h e a aussi 6t6 utilis6; sa dispersion 6tant de 17 A/mm. environ (soit double de celle de S m oI u c h o w s k i), nous avons pu isoler, les composantes principales des multiplets c o n s t i t u a n t certains termes de r6sonance. Chaque clich6 p o r t a i t : 1) un spectre sans c h a m p magn6tique, 2) une suite de spectres avec c h a m p s progressifs de 5 . 0 0 0 - - 1 0 . 0 0 0 - 1 5 . 0 0 0 - - 2 0 . 0 0 0 - - 2 5 . 0 0 0 - - 3 0 . 0 0 0 - - 3 5 . 0 0 0 et 41.700 gauss. 3) quelques gammes de m a r q u e s photom6triques. Le temps de pose 6tait de 20 minutes p o u r chaque spectre. Comme S m o 1 u c h o w s k i, nous avons pu m e t t r e en dvidence un affaiblissement de la fluorescence d 6 p e n d a n t de la longueur d'onde excitatrice. De la s~rie ~mise p a r la raie ~ 4046 Hg, seul le t e r m e + 2 est a p p a r u sur nos clich6s; l'intensit6 de ce t e r m e en fonction du c h a m p est donn6e p a r la courbe de la fig. 3. P o u r un c h a m p de 26.000 G., nous obtenons un affaiblissement de 12,5%, en bonne concordance avec celui observ6 13ar S m o 1 uchowski (15%).. E n ce qui concerne la s6rie excit~e par ~, 4358 Hg, nous avons pu p h o t o m 6 t r e r les termes de - - 2 ~t + 7 . Toutefois, les m a r q u e s d'int.ensit6 relatives au t e r m e m l 6tant t r o p faibles, nous avons dfi renoncer mesurer cette raie; de m~me, avec notre dispersion instrumentaie, on p o u v a i t ais6ment r e m a r q u e r que le t e r m e + 5 6tait n o t a b l e m e n t I)
R 6 s u l t a t s prdsent6s sous la r6f6rence s u i v a n t e : C. R. de P a r i s ; 26 f6vrier 1934.
INFLUENCE
DO CHAMP MAGN~TIQUE
SUR LA FLUORESCENCE
861
perturb6 par une raie parasite voisine ~), nous avons donc ~galement abandonn~ cette mesure. t Les quatre courbes de la fig. 4 donnent les valeurs de l'affaiblissement de tous les termes de la s~rie pour les champs de 10.000--20.000 --30.000 et 40.000 G. Les points Oa et 0b repr~sentent deux composantes de fluorescence observ~es A gauche et A droite de la raie excitatrice. De m6me, Ia, Ib et I sont respectivement les composantes gauche et droite et la composante centrale intense du terme + 1. Le terme A est une raie ~trang~re probablement ~ la s~rie X 4358 mais influenc~e ~galement par le champ; c'est peut-~tre un terme de la s~rie exit~e par k 4348. 100
9O
.I
Iensil'~s.
8O
70
60. 10 000
ZO.O00
30.000
40.000
GAUSS.
Fig. 3
I1 y a lieu de remarquer les differences importantes d'affaiblissement des diverses composantes d'un m~me multiplet; l'effet est surtout marqu~ pour les termes 0 et + 1. I1 est encore impossible actueUement de tirer une conclusion plus compl&te de ces r~sultats ~tant donn6 le manque absolu de renseignements relatifs ~ l'origine de ces composantes. Dans la fig. 5, nous avons reproduit, pour un champ de 26.000 G. : courbe 1 : courbe d'affaiblissement donn~e par S m o 1 u c h o w s k i pour la s~rie X 4358, courbe 2: courbe analogue trac~e d'apr~s nos mesures, courbe 3 : courbe qualitative de l'intensit~ des diff~rents termes de la s~rie sans champ magn~tique. On volt que nos ~valuations de l'affaiblissement paraissent donc 1) Cet effet, que S m o l u c l l o w s k i ne p o u v a i t o b s e r v e r a v e c sa dispersion, e s t p r o b a b l e m e n t l'origine de l ' a f f a b l i s s e m e n t a n o r m a l c o r r e s p o n d a n t ~t ce terme.
50.000
862
JEAN G E N A R D
quelque peu inf6rieures k celles de S m o 1 u c h o w s k i, bien que de telles mesures photom6triques ne permettent pas encore actuellement une pr6cision sup6rieure A 5 ou 6%. Une autre remarque semble se d6gager de l'aspect de la fig. 5: les deux courbes 2 et 3 paraissent qualitativement analogues; ce qui semblerait indiquer que l'affaiblissement des termes varierait dans le m~me sens que leur intensit6 relative. 10.00.00AUSS SO 40 3O 20 tO
oi
-
0
0.%
-t
-
~A"i, *~tzt,
z,
Fig. 4
a.
4
5
7
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2o.o0o GAuss 5O 50 40
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Ce r6sultat ne pourra malheureusement ~tre acquis avec certitude que le jour off une ~tude analogue aura ~t6 reprise ~ grande dispersion et en tenant compte, lorsque la chose sera possible, de l'interpr~tation exacte des diverses composantes des multiplets. 3. En r~sum~, on peut doric consid6rer comme acquis actuellement les r~sultats suivants: la fluorescence du tellure est ~teinte par un champ magn~tique
INFLUENCE
D U C H A M P M A G N ] ~ T I Q U E S U R LA F L U O R E S C E N C E
863
ext6rieur mais darts des proportions plus faibles que celle de t'iode; le pourcentage d'extinction est diff6rent suivant la longueur d'onde de la radiation excitatrice; les termes successifs d'une m6me s6rie de rdsonance ne sont pas affaiblis d'6gale fa~on par le champ, ce qui fait pr6voir que~ la th6orie de la pr~dissociation magn6tique n'est pas la seule cause d'extinction; les diverses composantes d'un m~me multiplet sont tr6s diff6remment perturb6es par le champ. 30.000 G A u s s 50
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Fig. 4 40.O00
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Fig. 4 d. I I I . INFLUENCE DU CHAMP SUR LA FLUORESCENCE DE S 2
A l'aide de l'f,lectro-aimant, de Paris, nous avons pu 6galement mettre en dvidence une forte extinction magn~tique de la fluorescence des mol~cules diatomiques de soufre i). l] est connu que les raies ultra-violettes ~ 2894, 2968, 3022, 3126 I)
R6f6rence ant6rieure: C. R. de Paris; 4 d(~ce,nbre 1933.
lEAN
864
GENARD
et 3132 HgI excitent de fortes s6ries de doublets ou de multiplets de r6sonance. Comme la plupart de ces s6ries sont encore facilement observables dans le visible, il est possible 6galement, A titre de contr61e, de suivre Faction du champ dans cette r6gion spectrale. Les clich6s ont 6t~ pris avec des spectrographes ~ optique de quartz ou de verre permettant de s6parer ais6ment les termes des diff6rentes s6ries; chacun de ces clich6s portait un spectre sans champ 26000 GAuss..
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Fig. 5
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magn6tique, un spectre avec champ' de 40.000 G. et un groupe de marques d'intensit6. Les temps de pose 6talent de 21/2heures. A premiere vue, Faction du champ parait assez complexe; en effet, c6t6 de termes fortement 6teints, il en est un certain hombre su r lesquels le champ ne parait avoir aucune influence tandis que quelques autres sont nettement renmrc6s. Cette derni~re constatation est enti~rement nouvelle mais nous verrons plus loin que l'explication doit en ~tre simple.
I N F L U E N C E D U C H A M P MAGN~..TIQUE S U R LA F L U O R E S C E N C E
865
Nous reproduisons ci-dessous nos premi&res observations visuelles: Sdries de multiplets X excgatHce 2894 2968 3022 3126
3132
Termes tr& fortement affaiblis Assez fortement affaiblis Affaiblis L6g~rement diminu6s, sauf peut-&re le quatri~me terme positif qui parait garder sensiblement la m~me intensit~ Non affaiblis, peut-&re m~me 16g~rement augment6s, sauf le premier terme antistokesien qui est 16g~rement affaibli. Sdries de doublets 1)
3126 3132
Tr~s fortement augment6s Id.
L'action du champ magn6tique d6pend donc d'une fa~on nette de la longueur d'onde excitatrice; ce r&ultat est A rapprocher de ceux obtenus pour l'iode et le tellure. I1 est important de remarquer que, dans le cas du soufre, l'affaiblissement va progressivement en diminuant au fur et A mesure que la longueur d'onde excitatrice augmente, et que l'extinction est pratiquement nulle pour la fluorescence 6raise par ~ 3132. Ces observations sont-elles en accord avec l'hypoth&se d'une pr6dissociation magn&ique appliqu6e aux niveaux 61ectroniques de $2? Nous savons, d'apr&s les travaux de V. H e n r i, qu'il existe, vers ), 2799 et ;~2615, une pr6dissociation naturelle des mol&ules de soufre caus~e par un niveau 61ectronique instable dont la courbe d'~nergie coupe celle du niveau excit6 stable en deux points. La formule de M o r s e a permis 6galement de tracer ces courbes d'6nergie potentielle pour les deux niveaux 61ectroniques excit6 et normal et de situer les divers niveaux de vibration de la mol&ule (malheureusement d'une fa~on encore peu pr&ise). D'autre part, on connait aussi, mais avec une pr&ision que nous trouvons exag6r6e 2), l'6nergie de dissociation de la mol6cule normale 1) 2)
Ces s&ies ne peuvent ~tre isol~es que dans le visible. Christy et N a u d ~ ; Phys. Review; 37, 901, 1931.
Physica I
55
866
J E A N GENARD
La fig. 6 repr~sente graphiquement, d'apr~s O. H e i 1 1), l'ensemble de ces r~sultats. A premiere rue, il semblerait difficile d'expliquer l'affaiblissement magn6tique de la fluorescence par l'interaction des deux niveaux ~lectroniques causant la pr6dissociation natureUe.
3,98
P Fig. 6
En effet, l'existence de ce ph~nom~ne de pr~dissociation naturelle implique que, partiellement au moins, le passage du niveau excit6 stable au niveau instable est permis par les r~gles de s~lection; Fintroduction du champ magndtique n'aurait donc plus pour effet, comme dans le cas de l'iode, de rendre caduque une de ces r~gles. D'un autre c6t~, la fig. 6 montre que l'6nergie de dissociation de la molecule dans l'~tat normal est sup~rieure k l'~nergie des premiers niveaux de vibration excites; un coup d'ceil qualitatif semblerait donc interdire le passage des molecules situ~es sur ces niveaux de vibration excites vers le niveau instable. 1)
H e i 1; Zeitschrift fiir Phys.; 74, 18, 1932.
INFLUENCE DU CHAMP MAGN1~TIQUE SUR LA FLUORESCENCE
867
En r~alit~, l'apparition, dans la fluorescence de l'iode, de la pr~dissociation magn~tique ne provient pas directement de la suppression d'une r~gle de s~lection; la th~orie de V a n V 1 e c k a consist6 ~ introduire des termes fonction de l'intensit~ du champ H dans l'expression math~matique liant entre-eux les deux niveaux 61ectroniques; ceci cr~e, au voisinage des points de croisement des courbes d'~nergie, une certaine probabilit6 de passage du niveau stable vers le niveau instable et, par 1A, supprime en partie le principe de s~lection interdisant le passage 61ectronique. Darts le cas du soufre, la m~me transformation math~matique peut s'op~rer et l'effet du champ doit s'ajouter k la probabilit6 de passage pr~existante. En ce qui concerne la position des niveaux de vibration excites par rapport ~ l'6nergie de dissociation de la molecule normale, nous alions montrer que toutes les s~ries de r6sonance pr6sentant un affaiblissement magn~tique partent bien de niveaux de vibration 6nerg~tiquement sup~rieurs, ou au moins tr&s voisins, de la dissociation de la molecule dans l'6tat normal. Nous avons d~termin6 ant~rieurement 1), par uoe discussion de r~sultats connus, les valeurs probables du nombre quantique de vibration v " des molecules capables d'etre excit6es par les diverses raies du mercure.et avons trouv~: S~rie ;~ 2894 ,, k 2968
v" = 6
v" ~- 3
,,
~3022
v"
=
6
,,
~.3126
v"
=
5
,,
~.3132
v" =
4
Les quatre premi&res de ces s~ries pr~sentent un affaiblissement magndtique. Le cas le plus d~favorable, du point de vue 6nerg6tique est celui de la s6rie X 3126. Si nous ajoutons ~ l'6nergie du 5me niveau de vibration normal (5 X 736,9 --~ 3685 cm -1, voir r~f~rence 1) celle correspondant A une excitation par la raie 3126 (31981 cm-l), l'~nergie de la molecule excit6e sera au minimum de 35666 cm-1; il faut encore lui ajouter l'~nergie d~e ~ la rotation mol~culaire et ~ventuellement l'~nergie thermique de la vapeur. L'6nergie de dissociation dans l'6tat normal a ~t6 trouv~e ~gale ~ 4,45 vlots ou 36.072 cm -1. Une difference de 1)
Bull. Acad6mie Royale de Belgique; Classe Sciences; t.
xvII, no. 3, 1931.
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JEAN GENARD, INFLUENCE SUR LA FLUORESCENCE
400 cm - t , soit 0,05 volt all maximum s4pare donc seulement les deux valeurs; cette diff4rence est certainement de l'ordre de la precision des mesures actuelles. Nous avons signal6 4galement une forte augmentation d'intensit4 des doublets excit4s par les raies XX3126 et 3132. Cette derni~re dolt tr&s probablement provenir d'une d~multiplication, par effet- Z e em a n, des raies d'absorption de $2; les mol4cules de la vapeur pouvant ainsi absorber une quantit4 plus grande de l'~nergie excitatrice. Remarquons d'ailleurs qu'un tel effet peut produire de graves erreurs dans la mesure des modifications de l'intensit~ des fluorescences par le champ magn4tique; l'erreur peut d'ailleurs 6tre positive ou n~gative; eile ne pourra ~tre 61imin6e que tr~s difficilement et seulement si l'on parvient k connattre avec pr4cision la forme exacte des raies excitatrices et l'effet Z e e m a n dans les bandes d'absorption de la vapeur ~tudi~e. I1 y a lieu de signaler 4galement des variations tr~s nettes d'intensit4s relatives de certaines composantes de multiplets sous Faction du champ magn4tique. Ces modifications sont d'aiUeurs parfaitement explicables par la complexit~ de l'excitation des s~ries de multiplets. En r4sum4, il semble donc que la th4orie de T u r n e r-V a n V 1 e c k suffise jusqu% pr4sent A expliquer les r4sultats exp4rimentaux actuels relatifs ~ l'extinction magn4tique de la fluorescence de $2. Institut d'Astrophysique de l'Universit4 de Li4ge (Belgique). Mai 1934.