Princípio do resfriamento a laser e sua aplicação em átomos frios

Princípio do resfriamento a laser e sua aplicação em átomos frios

Na física de átomos frios, muitos trabalhos experimentais exigem o controle de partículas (aprisionando átomos iônicos, como relógios atômicos), desacelerando-as e melhorando a precisão das medições. Com o desenvolvimento da tecnologia a laser, o resfriamento a laser também passou a ser amplamente utilizado em átomos frios.

Na escala atômica, a essência da temperatura é a velocidade com que as partículas se movem. O resfriamento a laser consiste no uso de fótons e átomos para trocar momento, resfriando assim os átomos. Por exemplo, se um átomo tem uma velocidade para frente e, em seguida, absorve um fóton que viaja na direção oposta, sua velocidade diminuirá. É como uma bola rolando para frente na grama: se não for empurrada por outras forças, ela parará devido à "resistência" gerada pelo contato com a grama.

Este é o resfriamento a laser dos átomos, e o processo é um ciclo. E é por causa desse ciclo que os átomos continuam esfriando.

Nisso, o resfriamento mais simples é usar o efeito Doppler.

No entanto, nem todos os átomos podem ser resfriados por lasers, e uma "transição cíclica" deve ser encontrada entre os níveis atômicos para que isso aconteça. Somente por meio de transições cíclicas o resfriamento pode ser alcançado e continuar continuamente.

Atualmente, como o átomo de metal alcalino (como o Na) tem apenas um elétron na camada externa, e os dois elétrons na camada mais externa do grupo alcalino-terroso (como o Sr) também podem ser considerados como um todo, os níveis de energia desses dois átomos são muito simples, e é fácil obter a “transição cíclica”, então os átomos que agora são resfriados pelas pessoas são, em sua maioria, átomos simples de metal alcalino ou átomos alcalino-terrosos.

Princípio do resfriamento a laser e sua aplicação em átomos frios