レーザー冷却の原理と冷たい原子への応用
冷原子物理学では、多くの実験作業で粒子を制御し (原子時計などのイオン原子を閉じ込める)、速度を落とし、測定精度を向上させる必要があります。レーザー技術の発展に伴い、レーザー冷却も低温原子に広く使用され始めています。
原子スケールでは、温度の本質は粒子の移動速度です。レーザー冷却は、光子と原子を使用して運動量を交換し、それによって原子を冷却します。たとえば、原子が前進速度を持っていて、反対方向に移動する飛行光子を吸収すると、その速度は遅くなります。これは、芝生の上を前に転がるボールのようなもので、他の力で押されなければ、芝生との接触による「抵抗」によってボールは止まります。
これは原子のレーザー冷却であり、このプロセスはサイクルです。そして、原子が冷却され続けるのはこのサイクルのためです。
この場合、最も簡単な冷却はドップラー効果を使用することです。
ただし、すべての原子をレーザーで冷却できるわけではなく、これを達成するには原子レベル間の「周期的遷移」を見つける必要があります。周期的な遷移を通じてのみ冷却が達成され、継続的に冷却が継続されます。
現在、アルカリ金属原子（Na など）は外層に電子が 1 つしかなく、アルカリ土類原子（Sr など）の最外層にある 2 つの電子も全体としてみなせるため、エネルギーはこの 2 つの原子の準位は非常に単純で、「周期遷移」が起こりやすいため、現在人間が冷却している原子は、ほとんどが単純なアルカリ金属原子またはアルカリ土類原子です。
レーザー冷却の原理と冷たい原子への応用
投稿日時: 2023 年 6 月 25 日