หลักการของการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และการประยุกต์ใช้กับอะตอมเย็น
ในฟิสิกส์อะตอมเย็น งานทดลองจำนวนมากจำเป็นต้องควบคุมอนุภาค (เช่น การกักขังอะตอมไอออนิก เช่น นาฬิกาอะตอม) ชะลอความเร็วของอนุภาค และปรับปรุงความแม่นยำในการวัด ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีเลเซอร์ การทำความเย็นด้วยเลเซอร์จึงเริ่มถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอะตอมเย็นเช่นกัน
ในระดับอะตอม สาระสำคัญของอุณหภูมิคือความเร็วในการเคลื่อนที่ของอนุภาค การทำความเย็นด้วยเลเซอร์คือการใช้โฟตอนและอะตอมเพื่อแลกเปลี่ยนโมเมนตัม ซึ่งจะทำให้อะตอมเย็นลง ตัวอย่างเช่น หากอะตอมมีความเร็วไปข้างหน้า แล้วดูดซับโฟตอนที่เคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม ความเร็วของอะตอมก็จะลดลง เปรียบเสมือนลูกบอลที่กลิ้งไปข้างหน้าบนพื้นหญ้า หากไม่มีแรงอื่นมาผลัก มันก็จะหยุดลงเนื่องจาก "แรงต้าน" ที่เกิดจากการสัมผัสกับหญ้า
นี่คือการทำความเย็นอะตอมด้วยเลเซอร์ และกระบวนการนี้เป็นวัฏจักร และเนื่องจากวัฏจักรนี้เองที่อะตอมจึงเย็นลงเรื่อยๆ
ในกรณีนี้ วิธีการระบายความร้อนที่ง่ายที่สุดคือการใช้ปรากฏการณ์ดอปเปลอร์
อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ว่าอะตอมทุกตัวจะสามารถเย็นลงได้ด้วยเลเซอร์ และจำเป็นต้องค้นหา "การเปลี่ยนผ่านแบบวัฏจักร" ระหว่างระดับอะตอมเพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ การทำความเย็นจะเกิดขึ้นได้และต่อเนื่องได้ก็ต่อเมื่อมีการเปลี่ยนผ่านแบบวัฏจักรเท่านั้น
ในปัจจุบัน เนื่องจากอะตอมของโลหะอัลคาไลน์ (เช่น Na) มีอิเล็กตรอนเพียงหนึ่งตัวในชั้นนอกสุด และอิเล็กตรอนสองตัวในชั้นนอกสุดของกลุ่มโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ (เช่น Sr) ก็สามารถพิจารณารวมกันได้ ระดับพลังงานของอะตอมทั้งสองนี้จึงค่อนข้างเรียบง่าย และง่ายต่อการเกิด "การเปลี่ยนผ่านแบบวัฏจักร" ดังนั้นอะตอมที่ผู้คนใช้ในการทำให้เย็นในปัจจุบันส่วนใหญ่จึงเป็นอะตอมของโลหะอัลคาไลน์หรืออะตอมของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธที่เรียบง่าย
หลักการของการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และการประยุกต์ใช้กับอะตอมเย็น
วันที่โพสต์: 25 มิถุนายน 2023