Princip laserového chlazení a jeho aplikace na studené atomy

Princip laserového chlazení a jeho aplikace na studené atomy

Ve fyzice chladných atomů vyžaduje mnoho experimentálních prací řízení částic (věznění iontových atomů, jako jsou atomové hodiny), jejich zpomalování a zlepšování přesnosti měření. S rozvojem laserové technologie se laserové chlazení začalo široce používat i u chladných atomů.

V atomovém měřítku je podstatou teploty rychlost, s jakou se částice pohybují. Laserové chlazení je využití fotonů a atomů k výměně hybnosti, čímž se atomy ochlazují. Například pokud má atom dopřednou rychlost a poté absorbuje letící foton pohybující se v opačném směru, jeho rychlost se zpomalí. Je to jako míč kutálející se vpřed po trávě: pokud není tlačen jinými silami, zastaví se kvůli „odporu“ způsobenému kontaktem s trávou.

Toto je laserové chlazení atomů a proces je cyklus. A právě díky tomuto cyklu se atomy neustále ochlazují.

V tomto případě je nejjednodušším chlazením využití Dopplerova jevu.

Ne všechny atomy však lze ochladit lasery a k dosažení tohoto cíle je nutné najít „cyklický přechod“ mezi atomovými hladinami. Pouze prostřednictvím cyklických přechodů lze dosáhnout ochlazování a pokračovat v něm nepřetržitě.

V současné době, protože atom alkalického kovu (například Na) má ve vnější vrstvě pouze jeden elektron a dva elektrony ve vnější vrstvě skupiny kovů alkalických zemin (například Sr) lze také považovat za celek, jsou energetické hladiny těchto dvou atomů velmi jednoduché a je snadné dosáhnout „cyklického přechodu“, takže atomy, které nyní lidé chladí, jsou většinou jednoduché atomy alkalických kovů nebo atomy kovů alkalických zemin.

Princip laserového chlazení a jeho aplikace na studené atomy