PhD: Study of hyperfine interactions in homonuclear diatomic molecules : application to Iodine and Bromine
THESE D'ETAT: Étude des interactions hyperfines dans les molécules diatomiques homo-nucléaires: application à l’Iode et au Brome
Résumé
This work presents a detailed theoretical and experimental study of hyperfine interactions in homonuclear diatomic molecules. The establishment of relations that govern made appeal to symmetry considerations and leads to a general expression of the hyperfine matrix element between any two electronic states. Two situations are particularly considered: predissociation and especially the neighborhood of a dissociation limit where the value of the matrix element can be obtained by ab-initio calculations from the corresponding atomic parameters. The experimental study focused on iodine and bromine: used techniques (dye laser, supersonic jet, computer based data acquisition) will have demonstrated their effectiveness. The existence of a hyperfine predissociation in the Br2 molecule superimposed on the gyroscopic predissociation, has been demonstrated for the first time. A detailed study of the hyperfine structure of vibratinnels levels (v ', J') of the electronic state 127I2 B near the dissociation limit (2P1 / 2 - 2P3 / 2) allowed the observe, around the vibrational v '= 77, hyperfine perturbation of the ungerade B state by a state of symmetry gerade: this is the first time direct evidence of such u-g symmetry breaking by hyperfine interaction which has long been suspected.
Ce travail présente une étude théorique et expérimentale détaillée des interactions hyperfines dans les molécules diatomiques homonucléaires. L’établissement des relations qui les régissent fait un large appel aux considérations de symétrie et conduit à une expression générale de l’élément de matrice hyperfin entre deux états électroniques quelconques. Deux situations sont particulièrement considérées : la prédissociation et surtout le voisinage d’une limite de dissociation où la valeur de cet élément de matrice peut s’obtenir par un calcul ab-initio à partir des paramètres atomiques correspondants. L’étude expérimentale a porté sur l’iode et le brome : les techniques employées (laser à colorant, jet supersonique, acquisition de données sur micro-ordinateur) y ont fait la preuve de leur efficacité. L’existence d’une prédissociation hyperfine dans la molécule Br2, superposée à la prédissociation gyroscopique, a ainsi pu être démontrée pour la première fois. Une étude détaillée de la structure hyperfine des niveaux vibratinnels (v’, J’) de l’état électronique B de 127I2 près de la limite de dissociation 2P1/2 – 2P3/2 a d’autre part permis d’observer, aux alentours du vibrationnel v’=77, une perturbation hyperfine de l’état B (ungerade) par un état de symétrie gerade : il s’agit là de la première mise en évidence directe d’une telle brisure de symétrie u-g par interaction hyperfines, soupçonnée depuis longtemps.