Nguyên lý làm lạnh bằng laser và ứng dụng của nó đối với các nguyên tử lạnh.

Nguyên lý làm lạnh bằng laser và ứng dụng của nó đối với các nguyên tử lạnh.

Trong vật lý nguyên tử lạnh, rất nhiều công việc thực nghiệm đòi hỏi phải kiểm soát các hạt (giam giữ các nguyên tử ion, chẳng hạn như đồng hồ nguyên tử), làm chậm chúng và cải thiện độ chính xác đo lường. Với sự phát triển của công nghệ laser, làm lạnh bằng laser cũng bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong vật lý nguyên tử lạnh.

Ở cấp độ nguyên tử, bản chất của nhiệt độ là tốc độ chuyển động của các hạt. Làm lạnh bằng laser là việc sử dụng photon và nguyên tử để trao đổi động lượng, từ đó làm lạnh các nguyên tử. Ví dụ, nếu một nguyên tử có vận tốc hướng về phía trước, và sau đó nó hấp thụ một photon bay theo hướng ngược lại, thì vận tốc của nó sẽ chậm lại. Điều này giống như một quả bóng lăn về phía trước trên cỏ, nếu không có lực đẩy nào khác tác động lên nó, nó sẽ dừng lại do "lực cản" gây ra bởi sự tiếp xúc với cỏ.

Đây là quá trình làm lạnh nguyên tử bằng laser, và quá trình này là một chu trình. Chính nhờ chu trình này mà các nguyên tử tiếp tục nguội đi.

Trong trường hợp này, phương pháp làm mát đơn giản nhất là sử dụng hiệu ứng Doppler.

Tuy nhiên, không phải tất cả các nguyên tử đều có thể được làm lạnh bằng laser, và cần phải tìm ra một "quá trình chuyển tiếp tuần hoàn" giữa các mức năng lượng nguyên tử để đạt được điều này. Chỉ thông qua các quá trình chuyển tiếp tuần hoàn, việc làm lạnh mới có thể được thực hiện và tiếp tục liên tục.

Hiện nay, do nguyên tử kim loại kiềm (như Na) chỉ có một electron ở lớp ngoài cùng, và hai electron ở lớp ngoài cùng của nhóm kim loại kiềm thổ (như Sr) cũng có thể được coi là một thể thống nhất, nên mức năng lượng của hai loại nguyên tử này rất đơn giản và dễ dàng đạt được “chuyển đổi tuần hoàn”, do đó các nguyên tử được làm lạnh hiện nay chủ yếu là các nguyên tử kim loại kiềm hoặc kim loại kiềm thổ đơn giản.

Nguyên lý làm lạnh bằng laser và ứng dụng của nó đối với các nguyên tử lạnh.