Transport dans l'hélium 3 polarisé par pompage optique

Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne de l'E.N.S., 24, rue Lhomond, 75231 Paris Cedex 05, France

Résumé

Le pompage optique constitue, dans le cas de l'hélium 3, une méthode commode pour polariser les spins nucléaires du gaz. Des taux d'orientation notables peuvent être maintenant réalisés grâce aux lasers accordables dans l'infrarouge. Des changements importants de comportement macroscopique du fluide d'hélium 3 se produisent sous l'effet de la polarisation des noyaux, à condition que la température soit suffisamment basse, et ceci malgré la petitesse du moment magnétique nucléaire ; il s'agit là d'effets conjugués d'interaction et de statistique, manifestations subtiles de l'indiscernabilité des particules et du principe de symétrisation en mécanique quantique. On explique dans cet article les modifications attendues pour la viscosité et la conduction de la chaleur dans le gaz en dessous de quelques kelvins. De plus, on montre que le transport de spin dans l'hélium 3 polarisé (3He↑) acquiert à basse température un caractère propagatif pouvant donner naissance à des modes collectifs oscillatoires : les ondes de spin transversales. On décrit une expérience récente qui a permis de mettre ces ondes en évidence et de mesurer leur surtension. Observations et prédictions théoriques sont en bon accord.

Abstract

Optical pumping is, in the case of helium 3, a useful method for polarizing the nuclear spins of the gas. Substantial orientation rates can be now achieved using tunable infrared lasers. Large changes in the macroscopic behaviour of the helium 3 fluid occur as a consequence of the polarization of the nuclei, provided the temperature is low enough, in spite of the small nuclear magnetic moment. These effects result both from interactions and statistics and are subtle consequences of the indistinguishability of particles and of the symmetrization principle in quantum mechanics. One explains in this article the expected changes for the viscosity and the heat conduction in the gas below a few kelvins. Furthermore, one shows that the transport of spin magnetization in polarized helium 3 (3He↑) has a propagative character at low temperature, giving rise to collective oscillatory modes : the transverse spin waves. One describes a recent experiment which proved the existence of these waves and allowed measuring their quality factor. Observations and theoretical predictions are in good agreement.