레이저 냉각의 원리와 차가운 원자에의 적용

레이저 냉각의 원리와 차가운 원자에의 적용

저온 원자 물리학에서 많은 실험 작업에는 입자 제어(원자 시계와 같은 이온 원자 가두기), 속도 감소, 측정 정확도 향상이 필요합니다. 레이저 기술의 발전과 함께 레이저 냉각은 차가운 원자에도 널리 사용되기 시작했습니다.

원자 규모에서 온도의 본질은 입자가 움직이는 속도입니다. 레이저 냉각은 광자와 원자를 사용하여 운동량을 교환함으로써 원자를 냉각시키는 것입니다. 예를 들어, 원자가 전진 속도를 갖고 반대 방향으로 이동하는 날아다니는 광자를 흡수하면 속도가 느려집니다. 이것은 잔디 위에서 공이 앞으로 굴러가는 것과 같습니다. 다른 힘에 의해 밀리지 않으면 잔디와의 접촉으로 인해 발생하는 "저항"으로 인해 공이 멈춥니다.

이것이 원자의 레이저 냉각이며 그 과정은 하나의 사이클입니다. 그리고 이 주기 때문에 원자가 계속 냉각됩니다.

여기서 가장 간단한 냉각 방법은 도플러 효과를 이용하는 것입니다.

그러나 모든 원자가 레이저로 냉각될 수 있는 것은 아니며, 이를 달성하려면 원자 수준 사이의 "순환 전이"를 찾아야 합니다. 순환 전환을 통해서만 냉각이 달성되고 지속적으로 지속될 수 있습니다.

현재, 알칼리 금속 원자(Na 등)는 외층에 1개의 전자만 갖고 있고, 알칼리 토류족(Sr 등)의 최외층에 있는 전자 2개도 전체적으로 볼 수 있기 때문에 에너지는 이 두 원자의 수준은 매우 간단하고 "순환 전이"를 쉽게 달성하므로 현재 사람들이 냉각하는 원자는 대부분 단순한 알칼리 금속 원자 또는 알칼리 토류 원자입니다.

레이저 냉각의 원리와 차가운 원자에의 적용