Wat is laserkoeling?

Laserkoeling is een methode om atomen te vertragen en dus te koelen, met behulp van lasers.Meestal zien we lasers als het opwarmen van dingen, en ze doen dat zeker op macroscopische schalen, maar voor individuele atomen of kleine groepen atomen kunnen ze worden gebruikt voor het koelen.De koudste temperaturen ooit gegenereerd, minder dan een half miljardste kelvin (0,5 nanokelvines) zijn bereikt door een combinatie van laserkoeling en verdampingskoeling te gebruiken.Deze temperaturen worden bereikt met kleine hoeveelheden diffuse gassen.

Het primaire mechanisme waarmee laserkoeling atomen vertraagt, is door ze te absorberen en fotonen in willekeurige richtingen uit te stoten.Zolang de snelheid van het atoom groter is dan de terugslagsnelheid van fotonemissie, wordt de totale snelheid verminderd.Als je op een hovercraft dreef, een significante snelheid in één richting bewoog en willekeurig metallic ballen van het hovercraft gooide, zou je snelheid uiteindelijk vertragen en zouden je bewegingen volledig worden bepaald door het terugslageffect van het gooien van de ballen.Dat is hoe laserkoeling werkt.

laserkoeling richt zich selectief op atomen die in bepaalde richtingen en bij bepaalde snelheden in het gas bewegen.Door het licht af te stemmen op een specifieke frequentie, net onder de resonantiefrequentie voor de stof, richt de laserval zich alleen op die atomen die er naartoe gaan.Dit komt door het Doppler -effect - wanneer het atoom naar de bronlaser beweegt, neemt de frequentie van het licht toe vanuit het gezichtspunt van dat atoom.Dit is dezelfde reden dat de geluidsfrequentie varieert wanneer een trein voorbij een stationaire waarnemer versnelt - de relatieve snelheid tussen bron en object manipuleert de schijnbare frequentie.Voor atomen die niet bij die drempelsnelheid bewegen, zijn ze transparant voor de laser en daarom niet aangetast.

Wanneer de schijnbare frequentie van het licht ten opzichte van bepaalde atomen in de laserkoeling valFotonen, wordt tijdelijk energieker en straalt dan een foton uit.Dus atomen die in een bepaalde richting over een drempelsnelheid bewegen, worden selectief vertraagd door het laserkoelapparaat.Door de lasers in een 3-dimensionale matrix te rangschikken, rondom het diffuse gas, kan de atomaire snelheid in alle drie vrijheidsgraden worden bevochtigd, wat leidt tot minder atomaire beweging en dus lagere temperatuur.Het gas moet diffuus zijn om ervoor te zorgen dat fotonen niet worden geresorbeerd door aangrenzende atomen.Het langzaam manipuleren van de frequentie van de laser kan ook nuttig zijn, omdat het mogelijk verschillende koelstadia vereist om het gas te verlagen tot de gewenste temperatuur.Doe het zorgvuldig, en misschien krijg je die onderzoekssubsidie die je altijd al wilde hebben.