Prinsippet for laserkjøling og dets anvendelse på kalde atomer

Prinsippet for laserkjøling og dets anvendelse på kalde atomer

Innen kaldatomfysikk krever mye eksperimentelt arbeid å kontrollere partikler (fengsle ioniske atomer, som atomklokker), bremse dem og forbedre målenøyaktigheten. Med utviklingen av laserteknologi har laserkjøling også begynt å bli mye brukt i kalde atomer.

På atomnivå er essensen av temperatur hastigheten partiklene beveger seg med. Laserkjøling er bruken av fotoner og atomer for å utveksle momentum, og dermed kjøle ned atomer. Hvis for eksempel et atom har en fremovergående hastighet, og det absorberer et flygende foton som beveger seg i motsatt retning, vil hastigheten avta. Dette er som en ball som ruller fremover på gresset. Hvis den ikke skyves av andre krefter, vil den stoppe på grunn av "motstanden" som oppstår ved kontakt med gresset.

Dette er laseravkjøling av atomer, og prosessen er en syklus. Og det er på grunn av denne syklusen at atomene fortsetter å kjøle seg ned.

I dette er den enkleste kjølingen å bruke Doppler-effekten.

Imidlertid kan ikke alle atomer kjøles ned med lasere, og det må finnes en «syklisk overgang» mellom atomnivåene for å oppnå dette. Bare gjennom sykliske overganger kan avkjøling oppnås og fortsette kontinuerlig.

Fordi alkalimetallatomet (som Na) bare har ett elektron i det ytre laget, og de to elektronene i det ytterste laget av jordalkaligruppen (som Sr) også kan betraktes som en helhet, er energinivåene til disse to atomene svært enkle, og det er lett å oppnå "syklisk overgang", så atomene som nå avkjøles av mennesker er for det meste enkle alkalimetallatomer eller jordalkaliatomer.

Prinsippet for laserkjøling og dets anvendelse på kalde atomer