Limites des cellules en verre...
et un candidat pour les surmonter

    Au contact de la vapeur atomique de césium, les parois internes des cellules en verre acquièrent une conductivité électrique importante : la résistance carrée est de l'ordre de quelques kW  dans les conditions de l'expérience. Cela a des conséquences importantes, d'une part en relation avec les effets systématiques, d'autre pour la production du champ électrique dans la cellule.

Effet systématique lié à un courant chiral dans la cellule:
    Lorsqu'on applique un champ électrique dans la cellule (pour assister la transition d'excitation 6S-7S), cette conductivité engendre des courants ohmiques le long des parois, dont le signe change avec le signe du champ électrique appliqué.    Si on envisage un petit défaut de la symétrie de révolution de la cellule, on peut alors craindre qu'une fraction des courants tournent autour de l'axe de la cellule et engendrent une composante de champ magnétique le long de cet axe.
    L'expérience est concue pour qu'un champ magnétique statique ne suffise pas à simuler l'effet PV, mais un champ longitudinal (Bz) qui se renverse avec le champ électrique  engendre un effet systématique. En effet, lors de l'excitation 6S-7S, on crée essentiellement (si on oublie un moment le dipole PV)  un grand alignement Stark dont les axes respectent les plans de symétrie de l'expérience. Mais il est bien connu qu'un moment magnétique placé dans un champ magnétique précesse autour de ce champ (précession de Larmor). Avec un champ longitudinal Bz, les axes de l'alignement vont donc précesser et sortir des plans de symétrie de l'expérience. Si le champ Bz change de signe avec le renversement du champ électrique, on obtient de cette façon un effet qui simule exactement l'effet de violation de la parité recherché : un dichroïsme linéaire impair en Ez dont les axes sortent des plans de symétrie de l'expérience, indépendamment du plan de polarisation du faisceau d'excitation.

Conséquence de la conductivité sur le champ électrique dans la cellule:
    Une autre conséquence de la conductivité des parois internes de la cellule, très importante en pratique, est l'impossibilité  d'appliquer un champ électrique dans la cellule avec des électrodes externes. En effet, avec une résistance de l'ordre du  kW, le temps de relaxation du champ dans la cellule vaut environ 20ns. Or on veut une impulsion de champ électrique qui présente un plateau d'au moins 100 à 200 ns (c'est à dire de durée grande devant la durée des deux impulsions laser).

Autres limites des cellules en verre:
    Après quelques dizaines d'heures d'exposition aux tirs du  faisceau vert pulsé (1mJ), en présence du champ électrique (2kV/cm), les fenêtres en verre brunissent, ce qui limite très sérieusement les possibilités de moyennage long.
    Enfin, il est utile de surchauffer fortement la vapeur de césium, de façon à détruire les dimères Cs2, qui sont photoionisés par le faisceau d'excitation. Les cellules en verre présentent aussi des limites à cet égard.

Un bon candidat a priori : le saphir

    Le saphir est a priori un bon candidat pour surmonter plusieurs limites des cellules en verre. Le premier point est que, au contact d'une vapeur atomique de césium, le saphir conserve une conductivité électrique beaucoup plus importante que celle du verre dans les mêmes conditions ("Electrical conductivity of glass and sapphire cells exposed to dry cesium vapor", M.A. Bouchiat et al, 1999  App. Phys. B  68, 1109.). Cela doit permettre de réduire largement les courants résistifs à l'intérieur de la cellule, lorsqu'on applique le champ électrique Stark. De plus, si la relaxation du champ électrique dans une cellule en saphir  est assez longue, on pourra appliquer ce champ électrique (pulsé) dans la cellule, grâce à des électrodes externes. Cela représente une simplification considérable par rapport aux cellules en verre avec électrodes internes, et permet en outre d'envisager assez facilement de travailler dans d'autre configurations de champ électrique, un champ transverse en particulier.
Enfin, le saphir peut a priori être chauffé très fortement, de façon à dissocier thermiquement les dimères de césium. C'est aussi un matériau que l'on sait être plus résistant chimiquement que le verre, et résistant aussi à plusieurs types de bombardements (électronique et ionique).
 

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