Temperature effects in the relaxation of optically oriented alkali vapours

Summary

A surprisingly high-temperature dependence of the spin relaxation times has been observed by different authors in optical pumping experiments with buffer gases. An interpretation of these phenomena is given and a systematic experimental investigation is presented. The method used is completely different from Franzen’s method. The agreement between experiments and theory is pretty good, except at very high temperature, when multiple diffusion becomes important. It is shown that the customary approach to the problem may cause large errors in the values of the diffusion coefficient and the disorientation cross-section, and may be responsible for the large spread of these values, as they appear in the literature.

Riassunto

In diversi lavori di pompaggio ottico con gas tampone si è osservata una dipendenza sorprendentemente accentuata del tempo di rilassamento dalla temperatura. Nel presente lavoro si da un’interpretazione di questo fenomeno e se ne fa uno studio sperimentale dettagliato. Per la parte sperimentale si fa uso di un nuovo metodo di rivelazione più efficiente di quelli precedentemente usati. L’accordo fra la teoria ed i risultati sperimentali è buono tranne che a temperature molto elevate dove l’effetto di diffusione multipla dei fotoni non è più trascurabile. Si mostra inoltre che il metodo usuale per ricavare dai dati sperimentali il coefficiente di diffusione e la sezione d’urto per disorientamento non è sufficientemente approssimato e può essere quindi la causa della non concordanza fra le varie misure reperibili nella letteratura.

Реэюме

Удивительно сильная температурная эависимость времен спиновых релаксаций наблюдалась раэличными авторами в зкспериментах при оптической накачке с буферными гаэами. Представлена интерпретация зтого явления и приводится систематическое зкспериментальное исследование явления. Испольэованный метод полностью отличен от метода Франэена. Согласие между зкспериментами и теорией довольно хорощее, эа исключением области очень высоких температур, когда многократная диффуэия становится важной. Покаэано, что обычное рассмотрение является причиной больщих ощибок для величин козффициента диффуэии и поперечного сечения деэориентации и может быть причиной больщого расхождения зтих величин, реэультаты иэмерений которых приведены в литературе.