หลักการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และการประยุกต์ใช้กับอะตอมเย็น
ในฟิสิกส์อะตอมเย็น งานทดลองจำนวนมากจำเป็นต้องควบคุมอนุภาค (เช่น การกักขังอะตอมไอออนิก) การทำให้อนุภาคเคลื่อนที่ช้าลง และการปรับปรุงความแม่นยำในการวัด ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์ การทำความเย็นด้วยเลเซอร์จึงเริ่มถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอะตอมเย็น
ในระดับอะตอม แก่นแท้ของอุณหภูมิคือความเร็วที่อนุภาคเคลื่อนที่ การทำความเย็นด้วยเลเซอร์คือการใช้โฟตอนและอะตอมเพื่อแลกเปลี่ยนโมเมนตัม ซึ่งทำให้อะตอมเย็นลง ยกตัวอย่างเช่น หากอะตอมมีความเร็วเคลื่อนที่ไปข้างหน้า แล้วดูดซับโฟตอนที่กำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ความเร็วของอะตอมจะลดลง เปรียบเสมือนลูกบอลที่กลิ้งไปข้างหน้าบนพื้นหญ้า หากลูกบอลไม่ถูกแรงอื่นผลัก ลูกบอลจะหยุดนิ่งเนื่องจาก “แรงต้านทาน” ที่เกิดจากการสัมผัสพื้นหญ้า
นี่คือการทำให้อะตอมเย็นลงด้วยเลเซอร์ และกระบวนการนี้เป็นวัฏจักร และด้วยวัฏจักรนี้เองที่ทำให้อะตอมเย็นลงอย่างต่อเนื่อง
การทำความเย็นที่ง่ายที่สุดในกรณีนี้คือการใช้ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์
อย่างไรก็ตาม เลเซอร์ไม่สามารถทำให้อะตอมเย็นลงได้ทั้งหมด และจำเป็นต้องพบ "การเปลี่ยนผ่านแบบวัฏจักร" ระหว่างระดับอะตอมเพื่อให้บรรลุผลดังกล่าว การเปลี่ยนผ่านแบบวัฏจักรเท่านั้นจึงจะทำให้เย็นลงและดำเนินต่อไปได้อย่างต่อเนื่อง
ในปัจจุบัน เนื่องจากอะตอมของโลหะอัลคาไล (เช่น Na) มีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวในชั้นนอก และอิเล็กตรอนสองตัวในชั้นนอกสุดของกลุ่มอัลคาไลเอิร์ธ (เช่น Sr) ก็สามารถถือเป็นหนึ่งเดียวกันได้เช่นกัน ระดับพลังงานของอะตอมทั้งสองนี้จึงเรียบง่ายมาก และสามารถบรรลุ "การเปลี่ยนผ่านแบบวัฏจักร" ได้ง่าย ดังนั้น อะตอมที่ถูกทำให้เย็นลงโดยมนุษย์ในปัจจุบันส่วนใหญ่จึงเป็นอะตอมของโลหะอัลคาไลแบบเรียบง่ายหรืออะตอมของอัลคาไลเอิร์ธ
หลักการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และการประยุกต์ใช้กับอะตอมเย็น
เวลาโพสต์: 25 มิ.ย. 2566