Co je laserové chlazení?
Laserové chlazení je metoda zpomalení atomů, a tedy jejich chlazení pomocí laserů. Obvykle považujeme lasery za zahřívání věcí a určitě to dělají na makroskopických měřítcích, ale pro jednotlivé atomy nebo malé skupiny atomů mohou být použity pro chlazení. Nejchladnější teploty, jaké kdy byly vytvořeny, méně než půl miliardiny Kelvina (0,5 nanoKelvinů), byly dosaženy použitím kombinace laserového chlazení a chlazení odpařováním. Těchto teplot se dosahuje malými množstvími difúzních plynů.
Primárním mechanismem, kterým laserové chlazení zpomaluje atomy, je způsobovat, že absorbují a emitují fotony v náhodných směrech. Dokud je rychlost atomu větší než zpětná rychlost emise fotonu, celková rychlost se sníží. Pokud byste se vznášeli na vznášedle, pohybovali byste významnou rychlostí jedním směrem a náhodně odhazovali kovové kuličky ze vznášedla, nakonec by se vaše rychlost zpomalila a vaše pohyby by byly zcela diktovány zpětným účinkem házení míčků. Takto funguje chlazení laserem.
Laserové chlazení selektivně zacílí na atomy pohybující se v určitých směrech a při určitých rychlostech v plynu. Naladěním světla na specifickou frekvenci, těsně pod rezonanční frekvencí pro látku, laserová past zachycuje pouze atomy, které se k ní pohybují. Je to způsobeno Dopplerovým efektem - když se atom pohybuje směrem ke zdrojovému laseru, frekvence světla se zvyšuje z hlediska tohoto atomu. To je stejný důvod, proč se frekvence zvuku mění jako rychlost vlaku kolem stacionárního pozorovatele - relativní rychlost mezi zdrojem a předmětem manipuluje se zdánlivou frekvencí. Pro atomy, které se nepohybují touto prahovou rychlostí, jsou pro laser průhledné, a proto jím nejsou ovlivněny.
Když je zdánlivá frekvence světla vzhledem k určitým atomům v laserové chladicí pasti správná, atom absorbuje přicházející fotony, dočasně získává více energie, a pak emituje foton. Atomy pohybující se v určitém směru nad prahovou rychlostí jsou tedy laserovým chladicím zařízením selektivně zpomaleny. Uspořádáním laserů v trojrozměrné matrici obklopující rozptýlený plyn lze atomovou rychlost ve všech třech stupních volnosti utlumit, což vede k menšímu atomovému pohybu a tím i nižší teplotě. Plyn musí být rozptýlen, aby se zajistilo, že fotony nebudou absorbovány sousedními atomy. Pomalé manipulace s frekvencí laseru může být také užitečné, protože to může vyžadovat několik stupňů chlazení, aby se plyn snížil na požadovanou teplotu. Udělejte to opatrně a možná dostanete výzkumný grant, který jste vždy chtěli.