Was ist Laserkühlung?
Laserkühlung ist eine Methode, um Atome zu verlangsamen und damit mit Lasern abzukühlen. Normalerweise betrachten wir Laser als Heizungssachen und sie tun es auf makroskopische Skalen, aber für einzelne Atome oder kleine Gruppen von Atomen können sie zum Abkühlen verwendet werden. Die kältesten Temperaturen, die jemals erzeugt wurden, wurden weniger als eine halbe Milliardenstel eines Kelvin (0,5 Nanokelvine) mit einer Kombination aus Laserkühlung und Verdunstungskühlung erreicht. Diese Temperaturen werden mit winzigen Mengen an diffusen Gasen erreicht.
Der primäre Mechanismus, durch den die Laserkühlung Atome verlangsamt, besteht darin, dass sie Photonen in zufällige Richtungen absorbieren und emittieren. Solange die Geschwindigkeit des Atoms größer ist als die Rückstoßgeschwindigkeit der Photonenemission, wird die Gesamtgeschwindigkeit verringert. Wenn Sie auf einem Schwebefahrzeug schweben, eine signifikante Geschwindigkeit in eine Richtung bewegen und zufällig metallische Kugeln vom Schwebefahrzeug geworfen haben, würde sich Ihre Geschwindigkeit schließlich verlangsamen und Ihre Bewegungen wäre völlig diktdurch den Rückstoßffekt des Werfens der Kugeln. So funktioniert die Laserkühlung.
Die Laserkühlung richtet sich selektiv auf Atome, die sich in bestimmte Richtungen und mit bestimmten Geschwindigkeiten im Gas bewegen. Durch das Einstellen des Lichts auf eine bestimmte Frequenz, knapp unter der Resonanzfrequenz für die Substanz, zielt die Laserfalle nur die Atome, die sich darauf bewegen. Dies ist auf den Doppler -Effekt zurückzuführen - wenn sich das Atom in Richtung des Quelllasers bewegt, nimmt die Häufigkeit des Lichts vom Gesichtspunkt dieses Atoms zu. Dies ist der gleiche Grund dafür, dass die Schallfrequenz mit dem Zug nach einem stationären Beobachter ändert - die relative Geschwindigkeit zwischen Quelle und Objekt manipuliert die scheinbare Frequenz. Für Atome, die sich bei dieser Schwellengeschwindigkeit nicht bewegen, sind sie zum Laser transparent und daher nicht davon betroffen.
Wenn die scheinbare Häufigkeit des Lichts in Bezug auf bestimmte Atome im Laser cDie Ooling -Falle ist genau richtig, das Atom absorbiert die eingehenden Photonen, wird vorübergehend energischer und emittiert dann ein Photon. Daher werden Atome, die sich in eine bestimmte Richtung über eine Schwellengeschwindigkeit bewegen, selektiv durch das Laserkühlgerät verlangsamt. Durch die Anordnung der Laser in einer dreidimensionalen Matrix, die das diffuse Gas umgibt, kann die Atomgeschwindigkeit in allen drei Freiheitsgraden gedämpft werden, was zu einer geringeren Atombewegung und damit zu einer geringeren Temperatur führt. Das Gas muss diffuse sein, um sicherzustellen, dass Photonen nicht durch benachbarte Atome reabsorbiert werden. Das langsam manipulierende Frequenz des Lasers kann auch hilfreich sein, da möglicherweise mehrere Kühlstufen erforderlich sind, um das Gas auf die gewünschte Temperatur zu senken. Machen Sie es sorgfältig und vielleicht erhalten Sie das Forschungsstipendium, das Sie immer gewünscht haben.