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 in atoomklokken), het vertragen ervan en het verbeteren van de meetnauwkeurigheid. Met de ontwikkeling van lasertechnologie wordt laserkoeling ook steeds vaker toegepast bij koude atomen.
Op atomair niveau is de essentie van temperatuur de snelheid waarmee deeltjes bewegen. Laserkoeling maakt gebruik van fotonen en atomen om momentum 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 over het gras rolt; als er geen andere krachten op inwerken, zal de bal stoppen door de "weerstand" die ontstaat door het contact met het gras.
Dit is 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 Doppler-effect.
Niet alle atomen kunnen echter door lasers worden gekoeld; hiervoor moet een "cyclische overgang" tussen atoomniveaus worden gevonden. Alleen via cyclische overgangen kan koeling worden bereikt en continu worden voortgezet.
Momenteel hebben alkalimetaalatomen (zoals Na) slechts één elektron in hun buitenste schil, terwijl de twee elektronen in de buitenste schil van aardalkalimetalen (zoals Sr) als één geheel kunnen worden beschouwd. Hierdoor zijn de energieniveaus van deze twee atomen zeer eenvoudig, waardoor "cyclische overgangen" gemakkelijk plaatsvinden. De atomen die we tegenwoordig bestuderen, zijn daarom meestal eenvoudige alkalimetaalatomen of aardalkalimetalen.
Principe van laserkoeling en de toepassing ervan op koude atomen
Geplaatst op: 25 juni 2023