Co to jest chłodzenie laserowe?

Laserowe chłodzenie jest metodą spowolnienia atomów, a tym samym chłodzenia za pomocą laserów. Zazwyczaj postrzegamy lasery jako ogrzewanie rzeczy, a na pewno robią to na skalach makroskopowych, ale w przypadku poszczególnych atomów lub małych grup atomów można je wykorzystać do chłodzenia. Najzimniejsze temperatury, jakie kiedykolwiek generowane są, mniej niż pół miliarda kelvina (0,5 nanokelvins) zostały osiągnięte przy użyciu kombinacji chłodzenia laserowego i chłodzenia odparowującego. Temperatury te są osiągane przy niewielkich ilości rozproszonych gazów.

Podstawowym mechanizmem, za pomocą którego chłodzenie laserowe spowalnia atomy, jest powodowanie ich wchłaniania i emitowania fotonów w losowych kierunkach. Tak długo, jak prędkość atomu jest większa niż prędkość odrzutu emisji fotonu, ogólna prędkość jest zmniejszona. Gdybyś unosił się na poduszce, przesuwając znaczącą prędkość w jednym kierunku, i losowo odrzucał metalowe kulki z poduszek, w końcu twoja prędkość zwolniłaby, a twoje ruchy byłyby całkowicie podawanewyrzucony przez efekt odrzutu rzucania piłkami. Tak działa chłodzenie laserowe.

Laserowe chłodzenie selektywnie celuje w atomy poruszające się w określonych kierunkach i przy określonych prędkościach w gazie. Dzięki dostrojeniu światła do określonej częstotliwości, tuż poniżej częstotliwości rezonansowej substancji, pułapka laserowa celuje tylko te atomy zbliżające się do niego. Wynika to z efektu Dopplera - gdy atom porusza się w kierunku lasera źródłowego, częstotliwość światła wzrasta od punktu widzenia tego atomu. Jest to ten sam powód, dla którego częstotliwość dźwięku zmienia się, gdy pociąg przyspiesza stacjonarnego obserwatora - względna prędkość między źródłem a obiektem manipuluje pozorną częstotliwością. W przypadku atomów nie poruszających się przy tej prędkości progowej, są one przezroczyste dla lasera i dlatego nie mają wpływu.

Gdy pozorna częstotliwość światła w odniesieniu do niektórych atomów w laserze CPułapka na upadek jest w sam raz, atom pochłania przychodzące fotony, tymczasowo staje się bardziej energetyczny, a następnie emituje foton. Tak więc atomy poruszające się w określonym kierunku nad prędkością progową są selektywnie spowolnione przez urządzenie chłodzące laserowe. Umieszczając lasery w 3-wymiarową matrycę, otaczającą rozproszony gaz, prędkość atomowa we wszystkich trzech stopniach swobody może być tłumiona, co prowadzi do mniejszego ruchu atomowego, a zatem niższej temperatury. Gaz musi być rozproszony, aby upewnić się, że fotony nie są wchłaniane przez sąsiednie atomy. Pomocne może być również powoli manipulowanie częstotliwością lasera, ponieważ może to wymagać kilku etapów chłodzenia, aby obniżyć gaz do pożądanej temperatury. Zrób to ostrożnie, a może otrzymasz dotację na badania, którego zawsze chciałeś.