Oscillations de Rabi

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Les oscillations de Rabi sont des oscillations dans l'occupation des états d'un système à deux niveaux excité à une fréquence proche de la résonance. Initialement observé entre deux états de spin dans la résonance magnétique nucléaire, ce phénomène se produit également lorsqu'un champ électrique extérieur agit sur les transitions d'un système quantique – atome ou molécule – d'un état électronique de ce système à un autre.

Le nom de Rabi a été donné en l'honneur de Isidor Isaac Rabi (1898 - 1988).

La formule des oscillations de Rabi sert à décrire mathématiquement la résonance du champ extérieur avec la transition. Dans le cas général et au premier ordre en l'amplitude v de l'excitation électromagnétique extérieure (pulsation ω), la formule de Rabi s'écrit :

${\displaystyle a_{2}(t)={\frac {e^{\left({\frac {-iE_{2}.t}{\hbar }}\right)}}{i\hbar }}\int _{0}^{t}v(t')\cos(\omega t').e^{\left({\frac {i(E_{2}-E_{1}).t'}{\hbar }}\right)}\mathrm {d} t'}$

où

${\displaystyle |a_{2}(t)|^{2}}$ représente la probabilité pour l'atome d'avoir fait la transition de l'état d'énergie ${\displaystyle E_{1}}$ à celui d'énergie ${\displaystyle E_{2}}$ à l'instant t.

Les oscillations de Rabi sont au centre de nombreuses applications de la mécanique quantique. Outre la Résonance magnétique nucléaire et l'Imagerie par résonance magnétique, ce phénomène permet de préparer des superpositions d'état dans les recherches actuelles sur l'Information quantique. Les oscillations de Rabi sont également à la base de la nouvelle définition de la seconde en 1967 grâce aux horloges atomiques.