¿Qué es el enfriamiento con láser?
El enfriamiento con láser es un método para ralentizar los átomos y, por lo tanto, enfriarlos, usando láseres. Por lo general, vemos láseres como calefacción de cosas, y ciertamente lo hacen en escalas macroscópicas, pero para átomos individuales o pequeños grupos de átomos, se pueden usar para enfriar. Las temperaturas más frías jamás generadas, menos de media mil millones de kelvin (0.5 nanokelvins) se han logrado utilizando una combinación de enfriamiento láser y enfriamiento evaporativo. Estas temperaturas se logran con pequeñas cantidades de gases difusos.
El mecanismo primario por el cual el enfriamiento con láser ralentiza los átomos es haciendo que absorban y emitan fotones en direcciones aleatorias. Mientras la velocidad del átomo sea mayor que la velocidad de retroceso de la emisión de fotones, se reduce la velocidad general. Si estuviera flotando en un aerodeslizador, moviendo una velocidad significativa en una dirección, y al azar arrojó bolas metálicas del aerodeslizador, eventualmente su velocidad se reduciría y sus movimientos serían completamente dictadosatendido por el efecto de retroceso de lanzar las bolas. Así es como funciona el enfriamiento láser.
El enfriamiento con láser se dirige selectivamente a los átomos que se mueven en ciertas direcciones y a ciertas velocidades dentro del gas. Al ajustar la luz a una frecuencia específica, justo debajo de la frecuencia resonante para la sustancia, la trampa láser se dirige solo a los átomos que se mueven hacia él. Esto se debe al efecto Doppler: cuando el átomo se mueve hacia el láser de origen, la frecuencia de la luz aumenta desde el punto de vista de ese átomo. Esta es la misma razón por la que la frecuencia de sonido varía a medida que un tren se acelera más allá de un observador estacionario: la velocidad relativa entre la fuente y el objeto manipula la frecuencia aparente. Para los átomos que no se mueven a esa velocidad umbral, son transparentes al láser y, por lo tanto, no afectan por ella.
Cuando la frecuencia aparente de la luz con respecto a ciertos átomos en el láser CLa trampa de ooling es correcta, el átomo absorbe los fotones entrantes, se vuelve más enérgico temporalmente y luego emite un fotón. Por lo tanto, los átomos que se mueven en una cierta dirección sobre una velocidad de umbral se ralentizan selectivamente por el dispositivo de enfriamiento láser. Al organizar los láseres en una matriz tridimensional, que rodea el gas difuso, la velocidad atómica en los tres grados de libertad puede amortiguarse, lo que lleva a menos movimiento atómico y, por lo tanto, una temperatura más baja. El gas debe ser difuso para garantizar que los fotones no sean reabsorbidos por átomos adyacentes. Manipular lentamente la frecuencia del láser también puede ser útil, ya que puede requerir varias etapas de enfriamiento para reducir el gas a la temperatura deseada. Hazlo cuidadosamente, y tal vez obtendrás esa subvención de investigación que siempre has querido.