Принцип лазерного охлаждения и его применение к холодным атомам
В физике холодных атомов многие экспериментальные работы требуют управления частицами (заключения ионных атомов, например, атомных часов), их замедления и повышения точности измерений. С развитием лазерной технологии лазерное охлаждение также стало широко использоваться в холодных атомах.
В атомном масштабе суть температуры — это скорость, с которой движутся частицы. Лазерное охлаждение — это использование фотонов и атомов для обмена импульсом, тем самым охлаждая атомы. Например, если атом имеет поступательную скорость, а затем поглощает летящий фотон, движущийся в противоположном направлении, то его скорость замедлится. Это как мяч, катящийся вперед по траве, если его не толкают другие силы, он остановится из-за «сопротивления», вызванного контактом с травой.
Это лазерное охлаждение атомов, и процесс представляет собой цикл. И именно благодаря этому циклу атомы продолжают остывать.
При этом простейшим способом охлаждения является использование эффекта Доплера.
Однако не все атомы могут быть охлаждены лазерами, и для этого необходимо найти «циклический переход» между атомными уровнями. Только посредством циклических переходов можно достичь охлаждения и продолжать его непрерывно.
В настоящее время, поскольку атом щелочного металла (например, Na) имеет только один электрон во внешнем слое, а два электрона во внешнем слое группы щелочноземельных металлов (например, Sr) также можно рассматривать как единое целое, энергетические уровни этих двух атомов очень просты, и легко осуществить «циклический переход», поэтому атомы, которые сейчас охлаждаются людьми, в основном являются простыми атомами щелочных металлов или атомами щелочноземельных металлов.
Принцип лазерного охлаждения и его применение к холодным атомам
Время публикации: 25 июня 2023 г.