Laserjäähdytyksen periaate ja sen soveltaminen kylmiin atomeihin
Kylmän atomin fysiikassa paljon kokeellista työtä vaatii hiukkasten hallintaa (ioniatomien vangitsemista, kuten atomikellojen käyttöä), niiden hidastamista ja mittaustarkkuuden parantamista. Lasertekniikan kehittyessä laserjäähdytystä on alettu käyttää laajalti myös kylmissä atomeissa.
Atomin mittakaavassa lämpötilan ydin on hiukkasten liikkumisnopeus. Laserjäähdytys on fotonien ja atomien käyttöä liikemäärän vaihtamiseen, jolloin atomit jäähdyttyvät. Esimerkiksi, jos atomilla on eteenpäin suuntautuva nopeus ja se absorboi vastakkaiseen suuntaan kulkevan lentävän fotonin, sen nopeus hidastuu. Tämä on kuin pallo, joka vierii eteenpäin ruohikolla: jos muut voimat eivät työnnä sitä, se pysähtyy ruohon kanssa kosketuksen aiheuttaman "vastuksen" vuoksi.
Tämä on atomien laserjäähdytystä, ja prosessi on sykli. Ja juuri tämän syklin ansiosta atomit jäähtyvät jatkuvasti.
Tässä yksinkertaisin jäähdytystapa on käyttää Doppler-ilmiötä.
Kaikkia atomeja ei kuitenkaan voida jäähdyttää lasereilla, ja tämän saavuttamiseksi atomitasojen välillä on löydettävä "syklinen siirtymä". Vain syklisten siirtymien kautta jäähdytys voidaan saavuttaa ja jatkua jatkuvasti.
Tällä hetkellä, koska alkalimetalliatomilla (kuten Na) on vain yksi elektroni ulkokerroksessa ja myös kaksi elektronia maa-alkalimetalliryhmän uloimmassa kerroksessa (kuten Sr) voidaan pitää kokonaisuutena, näiden kahden atomin energiatasot ovat hyvin yksinkertaisia ja "syklisen siirtymän" saavuttaminen on helppoa, joten ihmisten nyt jäähdyttämät atomit ovat enimmäkseen yksinkertaisia alkalimetalliatomeja tai maa-alkalimetalliatomeja.
Laserjäähdytyksen periaate ja sen soveltaminen kylmiin atomeihin
Julkaisun aika: 25. kesäkuuta 2023