レーザー冷却とは何ですか？

レーザー冷却は、レーザーを使用して原子を減速させ、原子を冷却する方法です。 通常、レーザーは物事を加熱するものと見なされますが、巨視的なスケールで行われますが、個々の原子または原子の小グループでは、冷却に使用できます。 レーザー冷却と蒸発冷却を組み合わせて使用​​することで、ケルビンの5億分の1未満（0.5ナノケルビン）の、これまでで最も低温の温度が達成されました。 これらの温度は、微量の拡散ガスで達成されます。

レーザー冷却が原子の速度を低下させる主なメカニズムは、ランダムな方向に光子を吸収および放出させることです。 原子の速度が光子放出の反跳速度より大きい限り、全体の速度は低下します。 ホバークラフトに浮いていて、一方向にかなりの速度で移動し、ホバークラフトからランダムに金属製のボールを投げると、最終的に速度が遅くなり、ボールを投げる反動効果によって動きが完全に決まります。 それがレーザー冷却の仕組みです。

レーザー冷却は、ガス内で特定の方向および特定の速度で移動する原子を選択的にターゲットにします。 物質の共鳴周波数のすぐ下の特定の周波数に光を調整することにより、レーザートラップは、それに向かって移動する原子のみをターゲットにします。 これは、ドップラー効果によるものです-原子がソースレーザーに向かって移動すると、光の周波数はその原子の視点から増加します。 これは、列車が静止した観測者を通過するときに音の周波数が変化するのと同じ理由です。ソースとオブジェクト間の相対速度が見かけの周波数を操作します。 そのしきい値速度で移動しない原子の場合、原子はレーザーに対して透過的であるため、レーザーの影響を受けません。

レーザー冷却トラップ内の特定の原子に対する光の見かけの周波数がちょうど良い場合、原子は入ってくる光子を吸収し、一時的にエネルギーを増やしてから、光子を放出します。 そのため、しきい値速度を超えて特定の方向に移動する原子は、レーザー冷却デバイスによって選択的に減速されます。 拡散ガスを囲む3次元マトリックスにレーザーを配置することにより、3自由度すべての原子速度を減衰させることができ、原子運動が少なくなり、したがって温度が低くなります。 フォトンが隣接する原子に再吸収されないように、ガスは拡散している必要があります。 レーザーの周波数をゆっくり操作することも役立ちます。これは、ガスを目的の温度に下げるために冷却のいくつかの段階が必要になる場合があるためです。 慎重に行うと、おそらくあなたが常に望んでいた研究助成金が得られるでしょう。