O que é resfriamento a laser?
O resfriamento a laser é um método para diminuir a velocidade dos átomos e, portanto, resfriá-los usando lasers. Normalmente, vemos os lasers aquecendo as coisas, e eles certamente o fazem em escalas macroscópicas, mas para átomos individuais ou pequenos grupos de átomos, eles podem ser usados para resfriamento. As temperaturas mais baixas já geradas, menos de meio bilionésimo de Kelvin (0,5 nanoKelvins) foram alcançadas usando uma combinação de resfriamento a laser e resfriamento evaporativo. Essas temperaturas são alcançadas com pequenas quantidades de gases difusos.
O principal mecanismo pelo qual o resfriamento a laser retarda os átomos é fazendo com que absorvam e emitam fótons em direções aleatórias. Enquanto a velocidade do átomo for maior que a velocidade de recuo da emissão de fótons, a velocidade geral será reduzida. Se você estivesse flutuando em um hovercraft, movendo uma velocidade significativa em uma direção e atirando aleatoriamente bolas metálicas para fora do hovercraft, sua velocidade diminuiria e seus movimentos seriam inteiramente ditados pelo efeito de recuo do arremesso das bolas. É assim que o resfriamento a laser funciona.
O resfriamento a laser visa seletivamente átomos se movendo em certas direções e em determinadas velocidades dentro do gás. Ao ajustar a luz para uma frequência específica, logo abaixo da frequência ressonante da substância, a armadilha do laser atinge apenas os átomos que se deslocam em sua direção. Isso se deve ao efeito Doppler - quando o átomo está se movendo em direção ao laser fonte, a frequência da luz aumenta do ponto de vista desse átomo. Essa é a mesma razão pela qual a frequência do som varia à medida que um trem passa por um observador estacionário - a velocidade relativa entre a fonte e o objeto manipula a frequência aparente. Para átomos que não se movem nessa velocidade limite, eles são transparentes ao laser e, portanto, não são afetados por ele.
Quando a freqüência aparente da luz em relação a certos átomos na armadilha de resfriamento a laser está correta, o átomo absorve os fótons recebidos, fica mais energético temporariamente e emite um fóton. Assim, os átomos que se movem em uma determinada direção acima de uma velocidade limite são seletivamente mais lentos pelo dispositivo de resfriamento a laser. Ao organizar os lasers em uma matriz tridimensional, ao redor do gás difuso, a velocidade atômica em todos os três graus de liberdade pode ser reduzida, levando a menos movimento atômico e, portanto, a temperatura mais baixa. O gás deve ser difuso para garantir que os fótons não sejam reabsorvidos pelos átomos adjacentes. A manipulação lenta da frequência do laser também pode ser útil, pois pode exigir várias etapas de resfriamento para baixar o gás até a temperatura desejada. Faça isso com cuidado, e talvez você receba a bolsa de pesquisa que sempre desejou.