Принцип лазерного охолодження та його застосування до холодних атомів

Принцип лазерного охолодження та його застосування до холодних атомів

У фізиці холодних атомів багато експериментальних робіт вимагає контролю частинок (ув'язнення іонних атомів, таких як атомні годинники), їх уповільнення та підвищення точності вимірювань. З розвитком лазерної технології лазерне охолодження також почало широко використовуватися в холодних атомах.

На атомному рівні суттю температури є швидкість руху частинок. Лазерне охолодження — це використання фотонів та атомів для обміну імпульсом, тим самим охолоджуючи атоми. Наприклад, якщо атом має швидкість руху вперед, а потім поглинає фотон, що летить у протилежному напрямку, то його швидкість сповільниться. Це схоже на м'яч, що котиться вперед по траві: якщо його не штовхають інші сили, він зупиниться через «опір», що виникає при контакті з травою.

Це лазерне охолодження атомів, і цей процес є циклічним. І саме завдяки цьому циклу атоми продовжують охолоджуватися.

У цьому випадку найпростішим охолодженням є використання ефекту Доплера.

Однак не всі атоми можна охолодити лазерами, і для досягнення цього необхідно знайти «циклічний перехід» між атомними рівнями. Тільки завдяки циклічним переходам можна досягти охолодження, яке може тривати безперервно.

Наразі, оскільки атом лужного металу (наприклад, Na) має лише один електрон у зовнішньому шарі, а два електрони у зовнішньому шарі групи лужноземельних металів (наприклад, Sr) також можна розглядати як єдине ціле, енергетичні рівні цих двох атомів дуже прості, і легко досягти «циклічного переходу», тому атоми, які зараз охолоджуються людьми, є переважно простими атомами лужних металів або атомами лужноземельних металів.

Принцип лазерного охолодження та його застосування до холодних атомів