O que é resfriamento a laser?
O resfriamento a laser refere-se à variedade de técnicas usadas para resfriar amostras atômicas e moleculares a uma temperatura próxima do zero absoluto. As técnicas de resfriamento a laser são baseadas no fato de que um átomo (de qualquer amostra de metal) muda seu momento (e energia) quando absorve e depois reemite um fóton.
A temperatura termodinâmica de um conjunto de átomos ou moléculas depende da variação em seu momento ou velocidade. Quando as velocidades das partículas são homogêneas, sua temperatura coletiva é menor. Este princípio termodinâmico é combinado com a espectroscopia atômica para a realização de técnicas de resfriamento a laser em amostras moleculares ou atômicas.
Qual é o princípio do resfriamento a laser?
O resfriamento a laser é baseado principalmente no fato de que um átomo (de qualquer amostra de metal) muda seu momento (e energia) quando absorve e depois reemite um fóton. Para resfriamento a laser, a frequência do laser é ajustada abaixo da frequência da onda emitida pela transição atômica.
Quando o átomo se aproxima do feixe de laser, como resultado do efeito Doppler, a frequência da luz aumenta em relação ao átomo. Portanto, os átomos que se movem em direção ao feixe de laser têm maior probabilidade de absorver um fóton. O inverso acontece quando os átomos se afastam do feixe de laser.
Qual é o efeito Doppler?
O efeito Doppler ou o deslocamento Doppler refere-se à mudança na frequência de uma onda em relação ao movimento do observador ao longo da fonte da onda. Quando as ondas de uma fonte se aproximam de um observador, cada onda leva um pouco menos de tempo do que a onda anterior. Assim, o intervalo de tempo de cristas de onda sucessivas se aproximando do observador é reduzido. Portanto, a frequência é aumentada. Por outro lado, quando a fonte da onda se afasta do observador, o intervalo de tempo é aumentado e a frequência é reduzida.
Quais são os tipos de resfriamento a laser?
As várias técnicas de resfriamento a laser são:
Resfriamento Doppler:
Doppler resfriando o técnica de resfriamento a laser mais comumente usada. O resfriamento Doppler envolve ajustar a frequência da luz um pouco abaixo do transição eletrônica em um átomo. Os átomos absorvem mais fótons quando se movem em direção à fonte de luz devido ao efeito Doppler, pois a luz é desafinada para uma frequência mais baixa. Conseqüentemente, os átomos espalham mais fótons e perdem um momento equivalente ao momento do fóton a cada vez. Com uma diminuição no momento, a energia cinética dos átomos é reduzida, diminuindo assim a temperatura geral da amostra para o limite de resfriamento Doppler (que é cerca de 150 microkelvin)
Sísifo resfriando:
O resfriamento de Sísifo também é conhecido como gradiente de polarização resfriamento. É uma variante da técnica de resfriamento a laser que envolve o brilho de dois feixes de laser contra-propagados com polarização ortogonal em um átomo ou amostra de molécula. Uma onda estacionária é gerada como resultado dos dois feixes de laser interferentes. Os átomos tendem a perder energia cinética à medida que se movem junto com a onda estacionária em direção ao potencial superior. No potencial máximo, o bombeamento óptico move os átomos para um estado de energia inferior, removendo a energia potencial que ganhou. Essa perda de energia contribui para o resfriamento dos átomos abaixo do limite de resfriamento Doppler.
Resfriamento de banda lateral resolvido:
O resfriamento de banda lateral resolvido é outra variante das técnicas de resfriamento a laser especializada no resfriamento de íons e átomos fortemente ligados abaixo do limite de resfriamento Doppler. Resfriamento de banda lateral resolvido geralmente é conduzido após a aplicação de resfriamento Doppler para aprisionar os átomos em seus movimentos Estado Fundamental. O átomo resfriado é então considerado um bom oscilador harmônico da mecânica quântica. Nesta técnica, o resfriamento é obtido ajustando a frequência do feixe de laser para a faixa lateral vermelha inferior.
Resfriamento Raman Sideband:
O resfriamento de banda lateral Raman se refere a uma técnica de resfriamento de sub-bobina que resfria átomos abaixo do limite de resfriamento Doppler usando métodos ópticos. No resfriamento Raman, o processo começa a partir de átomos presentes em uma armadilha magneto-óptica. Os sítios com átomos podem ser convertidos em uma armadilha harmônica se os lasers da rede óptica forem poderosos o suficiente. É provável que os átomos fiquem presos em um dos níveis do oscilador harmônico. O principal objetivo do resfriamento da banda lateral Raman é colocar os átomos da rede no estado fundamental do potencial harmônico. Isso fornece uma alta densidade de átomos em baixa temperatura.
Quais são os usos do resfriamento a laser?
O resfriamento a laser é usado principalmente para fins experimentais. Os experimentos de física quântica requerem átomos ultracold que são gerados pelo resfriamento a laser. Efeitos quânticos como a condensação de Bose-Einstein precisam de átomos próximos à temperatura zero absoluta. Anteriormente, o resfriamento a laser era conduzido apenas em átomos. No entanto, hoje em dia o resfriamento a laser é realizado em sistemas mais complexos, como uma molécula diatômica ou um objeto em escala macro. O resfriamento a laser tem contribuído muito para o estudo das partículas quânticas.
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