Hva er laserkjøling?

Laserkjøling er en metode for å bremse atomer, og dermed avkjøle dem ved bruk av lasere.Vanligvis ser vi på lasere som oppvarming av ting, og de gjør absolutt på makroskopiske skalaer, men for individuelle atomer eller små grupper av atomer, kan de brukes til avkjøling.De kaldeste temperaturene som noen gang er generert, er mindre enn en halv milliard av en Kelvin (0,5 nanokelvins) oppnådd ved å bruke en kombinasjon av laserkjøling og fordampende kjøling.Disse temperaturene oppnås med bittesmå mengder diffuse gasser.

Den primære mekanismen som laserkjøling bremser atomer er ved å få dem til å absorbere og avgi fotoner i tilfeldige retninger.Så lenge atomets hastighet er større enn rekylhastigheten til fotonutslipp, reduseres den totale hastigheten.Hvis du fløt på en hovercraft, beveget en betydelig hastighet i en retning og tilfeldig kastet metalliske baller fra hovercraft, ville til slutt hastigheten din bremse og bevegelsene dine helt ville bli diktert av rekylffekten av å kaste ballene.Det er slik laserkjøling fungerer.

Laserkjøling er selektivt rettet mot atomer som beveger seg i visse retninger og i visse hastigheter i gassen.Ved å stille lyset til en spesifikk frekvens, rett under resonansfrekvensen for stoffet, målretter laserfellen bare atomene som beveger seg mot den.Dette skyldes Doppler -effekten - når atomet beveger seg mot kildelaseren, øker lysets frekvens fra synspunktet til det atomet.Dette er den samme grunnen til at lydfrekvensen varierer som et tog hastigheter forbi en stasjonær observatør - den relative hastigheten mellom kilde og objekt manipulerer den tilsynelatende frekvensen.For atomer som ikke beveger seg med den terskelhastigheten, er de gjennomsiktige for laseren og derfor ikke påvirket av den.

Når den tilsynelatende frekvensen av lyset med hensyn til visse atomer i laserkjølingsfellen er helt riktig, absorberer atomet innkommendePhotons, blir mer energisk midlertidig, og avgir deretter et foton.Så atomer som beveger seg i en viss retning over en terskelhastighet blir selektivt avtatt av laserkjølingsanordningen.Ved å ordne laserne i en tredimensjonal matrise, rundt den diffuse gassen, kan atomhastigheten i alle tre frihetsgrader blir dempet, noe som fører til mindre atombevegelse og derfor lavere temperatur.Gassen må diffuse for å sikre at fotoner ikke blir reabsorbert av tilstøtende atomer.Det kan også være nyttig å manipulere frekvensen til laseren, da det kan kreve flere kjølestrinn for å senke gassen til ønsket temperatur.Gjør det nøye, og kanskje får du det forskningsstipendet du alltid har ønsket deg.