Principe van laserkoeling en de toepassing ervan op koude atomen
In de koude atoomfysica vereist veel experimenteel werk het beheersen van deeltjes (het opsluiten van ionische atomen, zoals atoomklokken), het vertragen ervan en het verbeteren van de meetnauwkeurigheid. Met de ontwikkeling van lasertechnologie wordt laserkoeling ook steeds vaker toegepast in koude atomen.
Op atomaire schaal is de essentie van temperatuur de snelheid waarmee deeltjes bewegen. Laserkoeling is het gebruik van fotonen en atomen om impuls uit te wisselen, waardoor atomen afkoelen. Als een atoom bijvoorbeeld een voorwaartse snelheid heeft en vervolgens een vliegend foton absorbeert dat in de tegenovergestelde richting beweegt, zal zijn snelheid afnemen. Dit is vergelijkbaar met een bal die vooruit rolt op het gras: als hij niet door andere krachten wordt voortgeduwd, zal hij stoppen vanwege de "weerstand" die ontstaat door contact met het gras.
Dit is de laserkoeling van atomen, en het proces is een cyclus. En dankzij deze cyclus blijven de atomen afkoelen.
De eenvoudigste manier om te koelen is door gebruik te maken van het Dopplereffect.
Niet alle atomen kunnen echter door lasers worden gekoeld; daarvoor moet er een "cyclische overgang" tussen atoomniveaus worden gevonden. Alleen door cyclische overgangen kan koeling worden bereikt en continu worden voortgezet.
Tegenwoordig zijn de energieniveaus van deze twee atomen erg eenvoudig, omdat het alkalimetaalatoom (zoals Na) slechts één elektron in de buitenste laag heeft en de twee elektronen in de buitenste laag van de aardalkaligroep (zoals Sr) ook als één geheel kunnen worden beschouwd. Hierdoor is het gemakkelijk om een "cyclische overgang" te bereiken. De atomen die nu door mensen worden gekoeld, zijn dus meestal eenvoudige alkalimetaalatomen of aardalkaliatomen.
Principe van laserkoeling en de toepassing ervan op koude atomen
Plaatsingstijd: 25 juni 2023