FORCES D'OSCILLATEUR

Nombre d'oscillateurs classiques ayant la même absorption qu'un atome réel dans un certain état.

Avant la théorie atomique de Bohr, les physiciens assimilèrent les atomes à des oscillateurs harmoniques. Cette théorie des oscillateurs, due à Lorentz, permet de traiter de façon complète l'interaction entre le rayonnement et les atomes. On trouve ainsi le coefficient d'absorption d'énergie d'un oscillateur plongé dans un champ de rayonnement k = πe²/m_ec, où m_e et e sont la masse et la charge de l'électron et c, la vitesse de la lumière.

Les lois de l'équilibre thermodynamique, et les relations simples liant les probabilités de transitions spontanées ou induites d'Einstein (A_mn, B_mn, B_nm), permettent de calculer la densité de rayonnement absorbée par une population N_n d'atomes excités dans l'état n, soit D_nm = N_n . B_nm . hv_nm/c, où h est la constante de Planck, ν_nm fréquence de la transition n → m. Pour une densité N d'oscillateurs classiques, de fréquence ν_nm, on a D_nm = Nπe²/m_ec. Le rapprochement de ces deux formules fournit l'expression de la force d'oscillateur :f_nm = N/N_n = [m_e ( hν_nm/ν_nm/πe²]B_nm.

Cette force d'oscillateur représente donc le nombre d'oscillateurs classiques qui ont la même action absorbante qu'un seul atome réel dans l'état n. On a f^nm, en général, inférieure à 1. Connaître f_nm, c'est connaître B_nm et par suite A_mn(relations d'Einstein), donc pouvoir déduire de l'intensité d'une raie d'émission la population N_n du niveau de départ. Les forces d'oscillateur absolues connues actuellement proviennent de mesures expérimentales complexes ou de calculs de mécanique quantique. Souvent, pour les forces d'oscillateur correspondant aux raies d'éléments fortement ionisés, on se contente de forces relatives en comparant les intensités de raies d'un même multiplet et en utilisant des lois empiriques (lois de Thomas-Kuhn-Reiche, loi de Wigner et Kirkwood, loi de Burger-Dorgelo).

— Pierre BELLAND