مبدأ التبريد بالليزر وتطبيقاته على الذرات الباردة
في فيزياء الذرات الباردة، يتطلب الكثير من العمل التجريبي التحكم في الجسيمات (حبس الذرات الأيونية، مثل الساعات الذرية)، وإبطائها، وتحسين دقة القياس. مع تطور تقنية الليزر، بدأ استخدام التبريد بالليزر على نطاق واسع في الذرات الباردة.
على المستوى الذري، يكمن جوهر درجة الحرارة في سرعة حركة الجسيمات. أما التبريد بالليزر فهو استخدام الفوتونات والذرات لتبادل الزخم، وبالتالي تبريد الذرات. على سبيل المثال، إذا كانت للذرة سرعة أمامية، ثم امتصت فوتونًا طائرًا يتحرك في الاتجاه المعاكس، فإن سرعتها ستتباطأ. هذا يشبه كرة تتدحرج للأمام على العشب، فإذا لم تدفعها قوى أخرى، ستتوقف بسبب "المقاومة" الناتجة عن ملامستها للعشب.
هذا هو تبريد الذرات بالليزر، والعملية عبارة عن دورة. وبفضل هذه الدورة، تستمر الذرات في التبريد.
في هذا، أبسط طريقة للتبريد هي استخدام تأثير دوبلر.
مع ذلك، لا يُمكن تبريد جميع الذرات بالليزر، ويجب إيجاد "انتقال دوري" بين المستويات الذرية لتحقيق ذلك. ولا يُمكن تحقيق التبريد واستمراره إلا من خلال الانتقالات الدورية.
في الوقت الحاضر، نظرًا لأن ذرة المعدن القلوي (مثل Na) تحتوي على إلكترون واحد فقط في الطبقة الخارجية، ويمكن أيضًا اعتبار الإلكتروناتين في الطبقة الخارجية من المجموعة القلوية الأرضية (مثل Sr) ككل، فإن مستويات الطاقة لهاتين الذرتين بسيطة للغاية، ومن السهل تحقيق "الانتقال الدوري"، وبالتالي فإن الذرات التي يبردها الناس الآن هي في الغالب ذرات معدن قلوي بسيطة أو ذرات قلوية أرضية.
مبدأ التبريد بالليزر وتطبيقاته على الذرات الباردة
وقت النشر: ٢٥ يونيو ٢٠٢٣