Принцип лазерного охлаждения и его применение к холодным атомам
В физике холодных атомов многие экспериментальные работы требуют управления частицами (заключения ионных атомов в ловушку, например, в атомных часах), их замедления и повышения точности измерений. С развитием лазерных технологий лазерное охлаждение также стало широко применяться в области холодных атомов.
На атомном уровне суть температуры заключается в скорости движения частиц. Лазерное охлаждение — это использование фотонов и атомов для обмена импульсом, что приводит к охлаждению атомов. Например, если атом движется вперёд и поглощает фотон, летящий в противоположном направлении, его скорость замедляется. Это похоже на мяч, катящийся по траве: если его не толкают другие силы, он остановится из-за «сопротивления», возникающего при соприкосновении с травой.
Это лазерное охлаждение атомов, и этот процесс цикличен. Именно благодаря этому циклу атомы продолжают охлаждаться.
При этом простейшим способом охлаждения является использование эффекта Доплера.
Однако не все атомы можно охладить с помощью лазеров, и для этого необходимо найти «циклический переход» между атомными уровнями. Только благодаря циклическим переходам охлаждение может быть достигнуто и продолжаться 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.