Numéro
J. Physique Lett.
Volume 37, Numéro 4, avril 1976
Page(s) 79 - 83
DOI https://doi.org/10.1051/jphyslet:0197600370407900
J. Physique Lett. 37, 79-83 (1976)
DOI: 10.1051/jphyslet:0197600370407900

Observation of the interference between the magnetic and electric dipole amplitudes of the caesium 6S-7S transition in an electric field. measurement of the transition magnetic moment

M.A. Bouchiat et L. Pottier

Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne , Ecole Normale Supérieure, 24, rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, France


Abstract
We report here the first observation and measurement of the transition magnetic moment for a strongly forbidden S-S transition of an alkali atom. By using single-photon excitation of the 6S1/2-7S1/2 caesium transition in a quasi-static electric field, we have detected an electronic polarization of the excited state, specific to an interference effect occurring in mixed electric magnetic dipole transitions. Our measurements, independent of the vapour density, indicate that the magnetic dipole amplitude M 1 has the same size as the electric dipole amplitude E1 , induced by an electric field, parallel to the light wave polarization, and equal to 2.62 ± 0.21 V/cm. We also obtain the relative sign of M 1 and E1. Using a theoretical value of E 1 and a well-defined phase convention, we deduce for the magnetic moment of the transition < 7S, 1/ 2 | μ z | 6S, 1/ 2 > = - (4.24 ± 0.34) 10-5 |μB|, in good agreement with a theoretical estimate. This result can also be expressed in terms of the oscillator strength in zero electric field f6S-7S = 4.05 × 10-15, or of the single-photon M1 decay rate Γ 7S-6S = 0.93 x 10-6 s-1.


Résumé
Nous avons observé et mesuré le moment magnétique d'une transition S-S très fortement interdite d'un atome alcalin. En réalisant l'excitation à un seul photon de la transition 6S1/2-7S1/2 du césium dans un champ électrique quasi-statique, nous avons pu détecter une polarisation électronique de l'état excité, qui est spécifique d'un effet d'interférence susceptible de se produire dans les transitions dipolaires mixtes, à la fois électriques et magnétiques. Nos mesures, indépendantes de la pression de vapeur, indiquent que l'amplitude dipolaire magnétique M1 est égale en module à l'amplitude dipolaire électrique E1, induite par un champ électrique parallèle à la polarisation de l'onde incidente et d'amplitude 2,62 ± 0,21 V/cm. Nous obtenons aussi le signe relatif de M1 et E1. En utilisant une valeur théorique de E1 et une convention de phase définie, nous en déduisons le moment magnétique de transition < 7S, 1/2 | μ z | 6S, 1/ 2 > = (4,24 ± 0,34) 10-5 | μs |, en bon accord avec une estimation théorique. Ce résultat s'exprime aussi sous forme de force d'oscillateur en champ électrique nul : f6S-7S = 4,05 x 10-15, ou de probabilité d'émission à un photon (M 1) Γ7S-6S = 0,93 x 10-6 s-1.

PACS
3220 - Atomic spectra grouped by wavelength ranges.
3510D - Atomic electric and magnetic moments, polarizability.

Key words
atomic magnetic moment -- atomic spectra -- caesium -- electric field -- transition magnetic moment -- electronic polarization -- excited state -- interference effect -- mixed electric magnetic dipole transitions -- Cs -- 6S 7S transition -- single photon excitation