Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Лазерлік техника атомдарды магниттік-оптикалық тұзақтан төмен температураға дейін салқындату
Laser technique cooling atoms to temperatures lower than a magneto optical trap
Оптикалық меласса – нейтралды атомдарды атом түріне байланысты бірнеше микрокельвинге дейін салқындата алатын лазерлік салқындату техникасы. Оптикалық меласса атомдардың орналасқан аймағында қиылысатын, кері бағытталған, дөңгелек поляризацияланған лазер сәулелерінің үш жұбынан тұрады. Оптикалық меласса мен магниттік-оптикалық тұзақтың (МОТ) арасындағы басты айырмашылық – біріншісінде магнит өрісінің болмауы. Сондықтан, МОТ-тан өзгеше, оптикалық меласса тек салқындатуды қамтамасыз етеді және тұтқынға алмайды.
Optical molasses is a laser cooling technique that can cool neutral atoms to as low as a few microkelvin, depending on the atomic species. An optical molasses consists of 3 pairs of counter propagating circularly polarized laser beams intersecting in the region where the atoms are present. The main difference between optical molasses and an MOT is the absence of magnetic field in the former. Therefore, unlike a MOT, an optical molasses provides only cooling and no trapping.
Тарих
1975 жылы лазерлік салқындату ұсынылғанда, ең төменгі температураның теориялық шегі болжанды. Доплер шегі деп аталатын бұл шек, Доплер салқындату арқылы екі деңгейлі атомдарды салқындату және лазер фотондарының шашырауынан туындаған импульс диффузиясының нәтижесінде атомдардың қызуын ескере отырып, қол жетімді ең төмен температура ретінде берілді. Мұнда, – атомдық өтудің табиғи сызық ені, – қысқартылған Планк тұрақтысы және – Болцман тұрақтысы. Гейтерсбургтегі Ұлттық Стандарттар және Технология институтында жүргізілген эксперименттер салқындатылған атомдардың температурасы теориялық шектен төмен екенін көрсетті. 1988 жылы Летт және авторлар натрий атомдарын оптикалық моласса арқылы өткізіп, температураның ~40 мкК-қа дейін төмендегенін анықтады; бұл күтілген 240 мкК Доплер салқындату шегінен 6 есе төмен. Басқа эксперименттерде де күтпеген қасиеттер табылды, олардың ішінде қарсы таралатын сәулелердің лазерлік реттелуіне қатысты айтарлықтай сезімталдық болмауы да бар еді.
When laser cooling was proposed in 1975, a theoretical limit on the lowest possible temperature was predicted. Known as the Doppler limit, , this was given by the lowest possible temperature attainable considering the cooling of two level atoms by Doppler cooling and the heating of atoms due to momentum diffusion from the scattering of laser photons. Here, , is the natural line width of the atomic transition, , is the reduced Planck constant and, , is the Boltzmann constant. Experiments at the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, found the temperature of cooled atoms to be well below the theoretical limit. In 1988, Lett et al. directed Sodium atoms through an optical molasses and found the temperatures to be as low as ~40μk; 6 times lower than the expected 240μk doppler cooling limit. Other unexpected properties found in other experimentsincluded significant unexpected insensitivity to laser alignment of the counter propagating beams.
Теория
Оптикалық меласса құбылысын ең жақсы түсіндіретіні – поляризациялық градиент салқындату принципіне негізделген. Дөңгелек поляризацияланған қарсы бағытталған сәулелер тұрған толқынды тудырады, онда жарық поляризациясы сызықтық, бірақ сәулелер бағыты бойынша өте жоғары жылдамдықпен айналады. Кеңістікте өзгеретін сызықтық поляризацияда қозғалатын атомдардың, арттан келетін сәулеге қарағанда, алдыңғы сәуледен жарық сіңіруге бейім күйде болу ықтималдығы жоғары. Бұл атомдар бұлтының жылдамдығын кері толқыну лимитіне жуық жылдамдыққа дейін төмендететін, жылдамдыққа тәуелді демпферлеу күшіне әкеледі. Кері толқыну лимиті, J’ күйінен J күйіне ыдырау кезінде шығарылған фотонның энергиясымен анықталады, мұнда J күйі – негізгі күйдің бұрыштық импульсі, ал J’ күйі – қозу күйінің бұрыштық импульсі. Бұл температура мына формуламен беріледі: , бірақ іс жүзінде бұл лимит сыртқы магнит өрістеріне өте сезімтал болғандықтан, осы мәннен бірнеше есе жоғары болады. Атомдар әдетте температураға жетеді, бұл Доплер лимитінен төмен.
The best explanation of the phenomenon of optical molasses is based on the principle of polarization gradient cooling. Counterpropagating beams of circularly polarized light cause a standing wave, where the light polarization is linear but the direction rotates along the direction of the beams at a very fast rate. Atoms moving in the spatially varying linear polarisation have a higher probability density of being in a state that is more susceptible to absorption of light from the beam coming head on, rather than the beam from behind. This results in a velocity dependent damping force that is able to reduce the velocity of a cloud of atoms to near the recoil limit. The recoil limit, , is set by the energy of the photon emitted in the decay from the J’ to J state, where the J state is the ground state angular momentum and the J’ state is the excited state angular momentum. This temperature is given by though practically the limit is a few times this value because of the extreme sensitivity to external magnetic fields in this cooling scheme. Atoms typically reach temperatures on the order of , as compared to the doppler limit .