Principe van laserkoeling en de toepassing ervan op koude atomen

Principe van laserkoeling en de toepassing ervan op koude atomen

In de koude-atoomfysica vereist veel experimenteel werk het controleren 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 op grote schaal gebruikt 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 momentum uit te wisselen, waardoor atomen worden gekoeld.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 als een bal die voorwaarts rolt over het gras: als hij niet door andere krachten wordt voortgeduwd, zal hij stoppen vanwege de “weerstand” die wordt veroorzaakt door contact met het gras.

Dit is de laserkoeling van atomen, en het proces is een cyclus.En het is vanwege deze cyclus dat de atomen blijven afkoelen.

Hierbij is de eenvoudigste koeling het gebruik van het Doppler-effect.

Niet alle atomen kunnen echter worden gekoeld door lasers, en om dit te bereiken moet er een ‘cyclische overgang’ tussen atomaire niveaus worden gevonden.Alleen door cyclische transities kan afkoeling worden bereikt en continu worden voortgezet.

Omdat het alkalimetaalatoom (zoals Na) momenteel slechts één elektron in de buitenste laag heeft en de twee elektronen in de buitenste laag van de aardalkalimetaalgroep (zoals Sr) ook als één geheel kunnen worden beschouwd, is de energie De niveaus van deze twee atomen zijn heel eenvoudig, en het is gemakkelijk om een ​​“cyclische overgang” te bereiken, dus de atomen die nu door mensen worden gekoeld, zijn meestal eenvoudige alkalimetaalatomen of aardalkali-atomen.

Principe van laserkoeling en de toepassing ervan op koude atomen