Hva er Laser Cooling?

November 29  by Eliza

Laser kjøling er en fremgangsmåte for å bremse ned atomer, og dermed avkjøling dem, ved hjelp av lasere. Vanligvis vi vise lasere som oppvarming ting opp, og de sikkert gjør på makroskopiske skalaer, men for enkeltatomer eller små grupper av atomer, kan de brukes til kjøling. De kaldeste temperaturene stadig generert, mindre enn en halv milliarddel av en Kelvin (0,5 nanoKelvins) er oppnådd ved hjelp av en kombinasjon av laser kjøling og fordamping kjøling. Disse temperaturene oppnås med ørsmå mengder av diffuse gasser.

Den primære mekanismen som laser kjøling bremser ned atomer er ved å bringe dem til å absorbere og avgi fotoner i tilfeldige retninger. Så lenge hastigheten av den atom er større enn rekylhastighet på foton emisjon, er den totale hastigheten redusert. Hvis du var flyter på en luftputefartøy, flytte en betydelig hastighet i en retning, og tilfeldig kastet metalliske ballene av luftputefartøy, slutt din hastighet ville avta og dine bevegelser ville helt være diktert av rekyleffekt av å kaste ballene. Det er hvordan laser kjøling fungerer.

Laser kjøling selektivt rettet atomer beveger seg i bestemte retninger og ved bestemte hastigheter innenfor gass. Ved å justere lyset til en bestemt frekvens, rett under resonansfrekvens for stoffet, bare de laser felle målene de atomer beveger seg mot det. Dette er på grunn av Doppler-effekten - når atomet beveger seg mot kilden laser, hyppigheten av de lette øker fra synspunktet at atom. Det er av samme grunn at lyden frekvensen varierer som en toghastigheter forbi en stasjonær observatør - den relative hastighet mellom kilde- og objekt manipulerer den tilsynelatende frekvens. For atomer ikke beveger seg med at terskelen hastighet, de er transparent for laser og derfor ikke påvirket av det.

Når den tilsynelatende frekvens av lyset i forhold til visse atomer i laserkjølefelle er helt riktig, absorberer atomet de innkommende fotoner, blir mer energisk midlertidig, og deretter avgir et foton. Så atomer som beveger seg i en bestemt retning over en terskelhastighet blir selektivt bremset ned av laseren kjøleinnretning. Ved å anordne lasere i en 3-dimensjonal matrise, som omgir den diffuse gass, kan den atomære hastighet i alle tre frihetsgrader bli dempet, noe som fører til mindre atombevegelse og dermed lavere temperatur. Gassen må være diffus å sikre at fotoner ikke blir reabsorbert av tilstøtende atomer. Sakte manipulere frekvensen til laseren kan også være nyttig, da det kan kreve flere trinn av kjøling for å senke gass til den ønskede temperatur. Gjør det nøye, og kanskje du vil få den forskningsstipend du alltid har ønsket.

  • Atomer som beveger seg i en bestemt retning over en terskelhastighet blir selektivt bremset ned av en laser kjøleinnretning.