Доплерівське охолодження
Доплерівське охолодження — метод лазерного охолодження, що ґрунтується на ефекті Доплера та спонтанному комбінаційному розсіюванні. Виберемо два рівні енергії, основний та збуджений, між якими дозволено дипольний електричний перехід. Імовірність зіткнень молекул в одиницю часу в газі набагато менша, ніж радіаційна ширина спектральної лінії переходу, і дорівнює ймовірності поглинання оптичного фотона в одиницю часу. Частота лазера вибирається трохи нижче частоти переходу. Завдяки ефекту Доплера ті атоми, які рухаються назустріч фотону, «бачать» вищу частоту фотона і виявляються за умов сильного резонансного розсіювання, на відміну протилежного випадку, коли умова резонансу не виконується. В результаті домінує процес поглинання фотонів зі спонтанним перевипромінюванням їх у довільному напрямку в просторі, що супроводжується гальмуванням атомів, що рухаються. При спонтанному комбінаційному розсіюванні в середньому відбувається випромінювання фотона з частотою більшою, ніж у поглиненого фотона. Таким чином, випромінюваний фотон має більшу енергію, ніж поглинений. Різниця енергій цих фотонів «запозичується» з енергії теплового руху атома. Якщо довжина хвилі лазера дорівнює, наприклад, 600 нм, то в кожному акті розсіювання атом охолоджується на кілька мілікельвінів. В результаті, для суттєвого охолодження атома потрібно близько 100 000 актів розсіювання. Даним методом можна охолодити атом до температури ~500 μK. Якщо потрібно охолодити атоми до ще більш низьких температур, наприклад, десятків мікрокельвінів, то використовують охолодження методом бічної смуги і охолодження Сизіфа, а якщо потрібно отримати температуру в кілька нанокельвін, то використовують селективне по швидкостях когерентне плівка заселеності.
Доплерівське охолодження було запропоновано одночасно двома групами в 1975 році: першою були Девід Дж. Вайнленд та Ганс Георг Демельт[1] , а другою — Теодор В. Генш та Артур Леонард Шавлов[2]. Його вперше продемонстрували Вайнленд, Друллінгер та Воллс у 1978 році[3], а невдовзі після цього Нойхаузер, Гогенштатт, Тошек та Демельт.[4] Одна з концептуально простих форм доплерівського охолодження називається оптичною патокою, оскільки дисипативна оптична сила нагадує в'язкий опір тіла, що рухається крізь патоку. Стівен Чу, Клод Коен-Таннуджі та Вільям Д. Філліпс були удостоєні Нобелівської премії з фізики 1997 року за їхню роботу в галузі лазерного охолодження та захоплення атомів.[5]
- Foot, C. J. (2005). Atomic Physics. Oxford University Press. с. 182–213. ISBN 978-0-19-850696-6.
- Metcalf, H. J.; van der Straten, P. (1999). Laser Cooling and Trapping. Springer-Verlag. ISBN 978-0-387-98728-6.
- Phillips, W. D. (1997). Laser Cooling and Trapping of Atoms (PDF). Nobel Lecture. Nobel Foundation. с. 199—237.
- ↑
Wineland, D. J.; Dehmelt, H. (1975). Proposed 1014
Δν < ν Laser Fluorescence Spectroscopy on Tl+
Mono-Ion Oscillator III (PDF). Bulletin of the American Physical Society. 20: 637. - ↑ Hänsch, T. W.; Shawlow, A. L. (1975). Cooling of Gases by Laser Radiation. Optics Communications. 13 (1): 68. Bibcode:1975OptCo..13...68H. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5.
- ↑ Wineland, D. J.; Drullinger, R. E.; Walls, F. L. (1978). Radiation-Pressure Cooling of Bound Resonant Absorbers. Physical Review Letters. 40 (25): 1639. Bibcode:1978PhRvL..40.1639W. doi:10.1103/PhysRevLett.40.1639.
- ↑ Neuhauser, W.; Hohenstatt, M.; Toschek, P.; Dehmelt, H. (1978). Optical-Sideband Cooling of Visible Atom Cloud Confined in Parabolic Well. Physical Review Letters. 41 (4): 233. Bibcode:1978PhRvL..41..233N. doi:10.1103/PhysRevLett.41.233.
- ↑ The Nobel Prize in Physics 1997. Nobel Foundation. Архів оригіналу за 7 жовтня 2008. Процитовано 9 жовтня 2008.
