Qu'est-ce que le refroidissement au laser?

Le refroidissement au laser est une méthode de ralentissement des atomes et de les refroidir ainsi en utilisant des lasers.En règle générale, nous considérons les lasers comme du chauffage des choses, et ils le font certainement à des échelles macroscopiques, mais pour les atomes individuels ou les petits groupes d'atomes, ils peuvent être utilisés pour le refroidissement.Les températures les plus froides jamais générées, moins d'un demi-milliardième de Kelvin (0,5 nanokelvins) ont été obtenues en utilisant une combinaison de refroidissement au laser et de refroidissement par évaporation.Ces températures sont obtenues avec de minuscules quantités de gaz diffus.

Le principal mécanisme par lequel le refroidissement au laser ralentit les atomes est de les faire absorber et émettre des photons dans des directions aléatoires.Tant que la vitesse de l'atome est supérieure à la vitesse de recul de l'émission de photons, la vitesse globale est réduite.Si vous flottiez sur un aéroglisseur, en déplaçant une vitesse significative dans une direction et en jetant au hasard des balles métalliques de l'accroissement, finalement, votre vitesse ralentirait et vos mouvements seraient entièrement dictés par l'effet de recul du lancement des balles.C'est ainsi que fonctionne le refroidissement au laser.

Le refroidissement au laser cible sélectivement les atomes se déplaçant dans certaines directions et à certaines vitesses dans le gaz.En réglant la lumière sur une fréquence spécifique, juste en dessous de la fréquence de résonance de la substance, le piège laser ne cible que ces atomes se déplaçant vers lui.Cela est dû à l'effet Doppler - lorsque l'atome se déplace vers le laser source, la fréquence de la lumière augmente du point de vue de cet atome.C'est la même raison pour laquelle la fréquence sonore varie à mesure qu'un train accélère devant un observateur stationnaire - la vitesse relative entre la source et l'objet manipule la fréquence apparente.Pour les atomes qui ne se déplaçaient pas à cette vitesse de seuil, ils sont transparents au laser et donc pas affectés par celui-ci.

Lorsque la fréquence apparente de la lumière par rapport à certains atomes du piège de refroidissement du laser est juste, l'atome absorbe l'entréeLes photons deviennent plus énergiques temporairement, puis émettent un photon.Ainsi, les atomes se déplaçant dans une certaine direction sur une vitesse de seuil sont sélectivement ralentis par le dispositif de refroidissement du laser.En arrangeant les lasers dans une matrice tridimensionnelle, entourant le gaz diffus, la vitesse atomique dans les trois degrés de liberté peut être atténuée, conduisant à moins de mouvement atomique et donc à une température plus basse.Le gaz doit être diffus pour garantir que les photons ne sont pas réabsorbés par des atomes adjacents.La manipulation lentement de la fréquence du laser peut également être utile, car cela pourrait nécessiter plusieurs étapes de refroidissement pour abaisser le gaz à la température souhaitée.Faites-le avec soin, et peut-être que vous obtiendrez cette subvention de recherche que vous avez toujours voulu.