Làm mát bằng laser là gì?

Làm mát laser là một phương pháp làm chậm các nguyên tử, và do đó làm mát chúng, sử dụng laser.Thông thường, chúng tôi xem laser là những thứ nóng lên, và chúng chắc chắn làm trên quy mô vĩ mô, nhưng đối với các nguyên tử riêng lẻ hoặc các nhóm nguyên tử nhỏ, chúng có thể được sử dụng để làm mát.Nhiệt độ lạnh nhất từng được tạo ra, chưa đến nửa tỷ kelvin (0,5 nanokelvins) đã đạt được bằng cách sử dụng kết hợp làm mát bằng laser và làm mát bay hơi.Những nhiệt độ này đạt được với một lượng nhỏ khí khuếch tán. Cơ chế chính mà làm mát laser làm chậm các nguyên tử là làm cho chúng hấp thụ và phát ra các photon theo hướng ngẫu nhiên.Miễn là vận tốc của nguyên tử lớn hơn vận tốc độ giật của phát xạ photon, vận tốc tổng thể giảm.Nếu bạn đang trôi nổi trên một tàu lượn, di chuyển một vận tốc đáng kể theo một hướng và ngẫu nhiên ném những quả bóng kim loại ra khỏi tàu lượn, cuối cùng vận tốc của bạn sẽ chậm lại và chuyển động của bạn sẽ hoàn toàn bị quyết định bởi hiệu ứng giật lại của việc ném bóng.Đó là cách làm mát laser hoạt động.

Làm mát laser nhắm mục tiêu có chọn lọc các nguyên tử di chuyển theo các hướng nhất định và ở tốc độ nhất định trong khí.Bằng cách điều chỉnh ánh sáng theo một tần số cụ thể, ngay dưới tần số cộng hưởng cho chất, bẫy laser chỉ nhắm vào các nguyên tử di chuyển về phía nó.Điều này là do hiệu ứng Doppler - khi nguyên tử đang di chuyển về phía laser nguồn, tần số của ánh sáng tăng từ quan điểm của nguyên tử đó.Đây là lý do tương tự mà tần số âm thanh thay đổi khi một tàu tăng tốc vượt qua một người quan sát đứng yên - vận tốc tương đối giữa nguồn và đối tượng điều khiển tần số rõ ràng.Đối với các nguyên tử không di chuyển ở tốc độ ngưỡng đó, chúng trong suốt với laser và do đó không bị ảnh hưởng bởi nó. Khi tần số rõ ràng của ánh sáng đối với các nguyên tử nhất định trong bẫy làm mát laser là đúng, nguyên tử hấp thụPhoton, tạm thời hơn, sau đó phát ra một photon.Vì vậy, các nguyên tử di chuyển theo một hướng nhất định trên một vận tốc ngưỡng được làm chậm một cách chọn lọc bởi thiết bị làm mát laser.Bằng cách sắp xếp các laser trong ma trận 3 chiều, bao quanh khí khuếch tán, vận tốc nguyên tử trong cả ba độ tự do có thể được giảm bớt, dẫn đến chuyển động nguyên tử ít hơn và do đó nhiệt độ thấp hơn.Khí phải được khuếch tán để đảm bảo rằng các photon không được tái hấp thu bởi các nguyên tử liền kề.Việc điều khiển dần tần số của laser cũng có thể hữu ích, vì nó có thể yêu cầu một số giai đoạn làm mát để hạ khí xuống nhiệt độ mong muốn.Làm điều đó một cách cẩn thận, và có thể bạn sẽ nhận được sự trợ cấp nghiên cứu mà bạn luôn mong muốn.