Effet Faraday

Le premier physicien qui anticipa un effet possible des forces magnétiques sur les raies spectrales lumineuses émises par les atomes fut Michael Faraday. Sa philosophie de l’unité essentielle de toutes les forces de la nature jointe à sa découverte de la rotation magnétique du plan de polarisation de la lumière en 1845 le persuada de l’existence d’un lien intime entre phénomènes optiques et magnétiques.

L’effet Faraday est un phénomène magnéto-optique impliquant une interaction entre une lumière polarisée linéairement et un milieu matériel soumis à un champ magnétique. De fait, toute lumière polarisée linéairement peut être vue comme la somme de deux ondes de même amplitude polarisées circulairement, l’une tournant à gauche et l’autre tournant à droite. Lorsque la lumière pénètre un milieu matériel magnétisé, la composante circulaire gauche se propage à une vitesse différente de la composante circulaire droite. On parle dans ces conditions de biréfringence circulaire. A la sortie du milieu matériel, les composantes gauche et droite se trouvent donc déphasées l’une par rapport à l’autre en raison de la différence de vitesse de propagation. Cette différence de phase se traduit par une rotation du plan de polarisation de la lumière d’une certain angle β qui se trouve être proportionnel à l’intensité du champ magnétique dans la direction de propagation de l’onde: β = V_B·B·d

Le paramètre V_B est la constante de Verdet du matériau utilisé qui varie avec la longueur d'onde de la lumière. Voici cette variation pour l'eau:

En 1862, soit cinq ans avant sa mort, Faraday utilisa un électroaimant et un spectroscope pour étudier les spectres du sodium, du barium, du strontium et du lithium. A sa grande déception, bien qu’il soit capable de générer un très fort champ magnétique, il n’observa aucun effet sur les raies d’émission de ces atomes. En fait, le flambeau allait être repris avec succès par le physicien hollandais Pieter Zeeman.