Hvad er laserafkøling?

Laserkøling er en metode til at bremse atomer og dermed afkøling af dem ved hjælp af lasere.Vi ser typisk lasere som opvarmning af tingene, og de gør bestemt på makroskopiske skalaer, men til individuelle atomer eller små grupper af atomer kan de bruges til afkøling.De koldeste temperaturer, der nogensinde er genereret, er mindre end en halv milliarddel af en Kelvin (0,5 nanokelvins) opnået ved anvendelse af en kombination af laserkøling og fordampningskøling.Disse temperaturer opnås med små mængder af diffuse gasser.

Den primære mekanisme, hvormed laserkøling bremser atomer, er ved at få dem til at absorbere og udsende fotoner i tilfældige retninger.Så længe atomets hastighed er større end rekylhastigheden for fotonemission, reduceres den samlede hastighed.Hvis du flydede på et svævefly, bevægede en betydelig hastighed i en retning og kastede tilfældigt metalliske kugler fra svæveflyet, ville din hastighed til sidst bremse, og dine bevægelser ville helt dikteres af rekyleffekten af at kaste kuglerne.Sådan fungerer laserkøling.

Laserkøling målretter selektivt atomer, der bevæger sig i visse retninger og ved bestemte hastigheder i gassen.Ved at indstille lyset til en bestemt frekvens, lige under resonansfrekvensen for stoffet, er laserfælden kun målrettet mod de atomer, der bevæger sig mod det.Dette skyldes Doppler -effekten - når atomet bevæger sig mod kildelaser, øges frekvensen af lyset fra synspunktet for det atom.Dette er den samme grund, at lydfrekvensen varierer som et tog, der hastes forbi en stationær observatør - den relative hastighed mellem kilde og objekt manipulerer den tilsyneladende frekvens.For atomer, der ikke bevæger sig med den tærskelhastighed, er de gennemsigtige for laseren og derfor ikke påvirket af den.

Når den tilsyneladende frekvens af lyset med hensyn til visse atomer i laserkølingsfælden er helt rigtig, absorberer atomet den indkommendeFotoner, bliver mere energisk midlertidigt og udsender derefter en foton.Så atomer, der bevæger sig i en bestemt retning over en tærskelhastighed, bremses selektivt af laserkølingsenheden.Ved at arrangere laserne i en 3-dimensionel matrix, der omgiver den diffuse gas, kan atomhastigheden i alle tre frihedsgrader dæmpes, hvilket fører til mindre atombevægelse og derfor lavere temperatur.Gassen skal være diffus for at sikre, at fotoner ikke reabsorberes af tilstødende atomer.Langsomt at manipulere laserens hyppighed kan også være nyttigt, da det kan kræve flere afkølingstrin for at sænke gassen til den ønskede temperatur.Gør det omhyggeligt, og måske får du den forskningsstipend, du altid har ønsket.