Principio del raffreddamento del laser e sua applicazione agli atomi freddi

Principio del raffreddamento del laser e sua applicazione agli atomi freddi

Nella fisica dell’atomo freddo, gran parte del lavoro sperimentale richiede il controllo delle particelle (imprigionando gli atomi ionici, come gli orologi atomici), il loro rallentamento e il miglioramento dell’accuratezza della misurazione. Con lo sviluppo della tecnologia laser, anche il raffreddamento laser ha iniziato ad essere ampiamente utilizzato negli atomi freddi.

Su scala atomica, l'essenza della temperatura è la velocità con cui si muovono le particelle. Il raffreddamento laser è l'uso di fotoni e atomi per scambiare quantità di moto, raffreddando così gli atomi. Ad esempio, se un atomo ha una velocità in avanti e poi assorbe un fotone volante che viaggia nella direzione opposta, la sua velocità rallenterà. È come una palla che rotola in avanti sull'erba, se non viene spinta da altre forze si fermerà per la “resistenza” provocata dal contatto con l'erba.

Questo è il raffreddamento laser degli atomi e il processo è un ciclo. Ed è a causa di questo ciclo che gli atomi continuano a raffreddarsi.

In questo caso, il raffreddamento più semplice consiste nell'utilizzare l'effetto Doppler.

Tuttavia, non tutti gli atomi possono essere raffreddati dai laser e per raggiungere questo obiettivo è necessario trovare una “transizione ciclica” tra i livelli atomici. Solo attraverso transizioni cicliche il raffreddamento può essere raggiunto e continuare ininterrottamente.

Attualmente, poiché l'atomo di metallo alcalino (come Na) ha un solo elettrone nello strato esterno, e anche i due elettroni nello strato più esterno del gruppo alcalino-terroso (come Sr) possono essere considerati come un insieme, l'energia i livelli di questi due atomi sono molto semplici ed è facile ottenere una “transizione ciclica”, quindi gli atomi che ora vengono raffreddati dalle persone sono per lo più semplici atomi di metalli alcalini o atomi di terre alcaline.

Principio del raffreddamento del laser e sua applicazione agli atomi freddi