Vad är laserkylning?

Laserkylning är en metod för att bromsa atomerna och därmed kyla dem med lasrar.Vanligtvis ser vi lasrar som uppvärmning av saker, och de gör verkligen på makroskopiska skalor, men för enskilda atomer eller små grupper av atomer kan de användas för kylning.De kallaste temperaturerna som någonsin genererats, mindre än en halv miljard till en Kelvin (0,5 nanokelvins) har uppnåtts genom att använda en kombination av laserkylning och evaporativ kylning.Dessa temperaturer uppnås med små mängder diffusa gaser.

Den primära mekanismen genom vilken laserkylning bromsar neromerna är genom att få dem att absorbera och avge fotoner i slumpmässiga riktningar.Så länge atomens hastighet är större än rekylhastigheten för fotonemission reduceras den totala hastigheten.Om du svävade på en svävare, flyttade en betydande hastighet i en riktning och slumpmässigt kastade metallbollar från svävaren, så skulle din hastighet så småningom sakta ner och dina rörelser skulle helt dikteras av rekyleffekten av att kasta bollarna.Det är så laserkylning fungerar.

Laserkylning riktar selektivt att atomer rör sig i vissa riktningar och med vissa hastigheter inom gasen.Genom att ställa in ljuset till en specifik frekvens, strax under resonansfrekvensen för ämnet, riktar laserfällan endast de atomer som rör sig mot den.Detta beror på Doppler -effekten - när atomen rör sig mot källlaseren ökar ljusets frekvens från den atoms synvinkel.Detta är av samma anledning som ljudfrekvensen varierar när ett tåg snabbare förbi en stationär observatör - den relativa hastigheten mellan källa och objekt manipulerar den uppenbara frekvensen.För atomer som inte rör sig vid den tröskelhastigheten är de transparenta till lasern och påverkas därför inte av den.Fotoner, blir mer energiska tillfälligt och avger sedan en foton.Så atomer som rör sig i en viss riktning över en tröskelhastighet bromsas selektivt av laserkylanordningen.Genom att ordna lasrarna i en tredimensionell matris, som omger den diffusa gasen, kan atomhastigheten i alla tre frihetsgrader dämpas, vilket leder till mindre atomrörelse och därför lägre temperatur.Gasen måste vara diffus för att säkerställa att fotoner inte reabsorberas av angränsande atomer.Långsamt kan manipulera frekvensen för lasern också vara till hjälp, eftersom det kan kräva flera kylningssteg för att sänka gasen till önskad temperatur.Gör det noggrant, och kanske får du den forskningen som du alltid har velat.