¿Qué es el enfriamiento por láser?
El enfriamiento por láser se refiere a la variedad de técnicas utilizadas para enfriar muestras atómicas y moleculares a una temperatura cercana al cero absoluto. Las técnicas de enfriamiento por láser se basan en el hecho de que un átomo (de cualquier muestra de metal) cambia su impulso (y energía) cuando absorbe y luego vuelve a emitir un fotón.
La temperatura termodinámica de un conjunto de átomos o moléculas depende de la variación en su momento o velocidad. Cuando las velocidades de las partículas son homogéneas, su temperatura colectiva es menor. Este principio termodinámico se combina con la espectroscopia atómica para realizar técnicas de enfriamiento por láser en muestras moleculares o atómicas.
¿Cuál es el principio de enfriamiento por láser?
El enfriamiento por láser se basa principalmente en el hecho de que un átomo (de cualquier muestra de metal) cambia su impulso (y energía) cuando absorbe y luego vuelve a emitir un fotón. Para el enfriamiento por láser, la frecuencia del láser se sintoniza por debajo de la frecuencia de la onda emitida por la transición atómica.
Cuando el átomo se acerca al rayo láser, como resultado del efecto Doppler, la frecuencia de la luz aumenta con respecto al átomo. Por lo tanto, los átomos que se mueven hacia el rayo láser tienen una mayor probabilidad de absorber un fotón. Lo contrario sucede cuando los átomos se alejan del rayo láser.
¿Qué es el efecto Doppler?
El efecto Doppler o el desplazamiento Doppler se refiere al cambio en la frecuencia de una onda con respecto al observador que se mueve a lo largo de la fuente de onda. Cuando las ondas de una fuente se acercan a un observador, cada onda tarda un poco menos que la onda anterior. Por lo tanto, se reduce el lapso de tiempo de las sucesivas crestas de las olas que se acercan al observador. Por tanto, aumenta la frecuencia. Por el contrario, cuando la fuente de onda se aleja del observador, el intervalo de tiempo aumenta y la frecuencia se reduce.
¿Cuáles son los tipos de enfriamiento por láser?
Las diversas técnicas de enfriamiento por láser son:
Enfriamiento Doppler:
Doppler enfriando el técnica de enfriamiento por láser más utilizada. El enfriamiento Doppler implica sintonizar la frecuencia de la luz un poco por debajo de la transición electrónica en un átomo. Los átomos absorben más fotones cuando se mueven hacia la fuente de luz debido al efecto Doppler cuando la luz se desafina a una frecuencia más baja. Por lo tanto, los átomos dispersan más fotones y pierden un momento equivalente al del fotón cada vez. Con una disminución en el impulso, la energía cinética de los átomos se reduce, lo que reduce la temperatura general de la muestra al límite de enfriamiento Doppler (que es de alrededor de 150 microkelvin).
Enfriamiento Sísifo:
El enfriamiento de Sísifo también se conoce como enfriamiento del gradiente de polarización. Es una variante de la técnica de enfriamiento por láser que implica el brillo de dos rayos láser contrapropagados que tienen polarización ortogonal en una muestra de átomo o molécula. Se genera una onda estacionaria como resultado de los dos rayos láser que interfieren. Los átomos tienden a perder energía cinética a medida que se mueven junto con la onda estacionaria hacia el potencial más alto. En el potencial máximo, el bombeo óptico mueve los átomos a un estado de menor energía eliminando la energía potencial que ganó. Esta pérdida de energía contribuye al enfriamiento de los átomos por debajo del límite de enfriamiento Doppler.
Enfriamiento de banda lateral resuelto:
El enfriamiento de banda lateral resuelto es otra variante de las técnicas de enfriamiento por láser que se especializa en enfriar iones y átomos fuertemente unidos por debajo del límite de enfriamiento Doppler. El enfriamiento de banda lateral resuelto generalmente se realiza después de la aplicación de enfriamiento Doppler para atrapar los átomos en su movimiento. estado fundamental. El átomo enfriado se considera entonces como un buen oscilador armónico mecánico cuántico. En esta técnica, el enfriamiento se logra ajustando la frecuencia del rayo láser a la banda lateral roja inferior.
Refrigeración de banda lateral Raman:
El enfriamiento de banda lateral Raman se refiere a una técnica de enfriamiento de subbobina que enfría los átomos por debajo del límite de enfriamiento Doppler mediante métodos ópticos. En el enfriamiento Raman, el proceso comienza a partir de los átomos presentes en una trampa magnetoóptica. Los sitios que tienen átomos se pueden convertir en una trampa armónica si los láseres de la red óptica son lo suficientemente potentes. Es probable que los átomos queden atrapados en uno de los niveles del oscilador armónico. El objetivo principal del enfriamiento de banda lateral Raman es poner los átomos de la red en el estado fundamental del potencial armónico. Esto proporciona una alta densidad de átomos a baja temperatura.
¿Cuáles son los usos del enfriamiento por láser?
El enfriamiento por láser se utiliza principalmente con fines experimentales. Los experimentos de física cuántica requieren átomos ultrafríos que se generan mediante enfriamiento con láser. Los efectos cuánticos como la condensación de Bose-Einstein necesitan átomos cercanos a la temperatura del cero absoluto. Anteriormente, el enfriamiento por láser se realizaba solo en átomos. Sin embargo, hoy en día el enfriamiento por láser se realiza en sistemas más complejos como una molécula diatómica o un objeto a macroescala. El enfriamiento por láser ha contribuido mucho al estudio de las partículas cuánticas.
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