什么是激光冷却(Laser Cooling)？

激光冷却是一种用激光使原子变慢，从而冷却原子的方法。通常我们把激光看作是加热物体，在宏观尺度上确实是这样，但是对于单个原子或小原子群来说，激光可以用来冷却原子。这是有史以来产生的最冷温度，不到50亿分之一开尔文（0.5纳米Kelvins）是通过激光冷却和蒸发冷却相结合来实现的。这些温度是通过微量的扩散气体来实现的。激光冷却装置有选择地减慢在某个方向上移动的原子超过阈值速度。激光的主要机制是冷却会使原子以随机的方向吸收和发射光子。只要原子的速度大于光子发射的反冲速度，总的速度就会降低。如果你漂浮在气垫船上，朝一个方向移动一个显著的速度，然后随机地把金属球从气垫船，最终你的速度会变慢，你的运动将完全取决于投掷球的反冲效应。这就是激光冷却的工作原理。激光冷却有选择性地瞄准在气体中以特定方向和速度运动的原子。通过将光调谐到特定频率，刚好低于共振频率对于物质来说，激光陷阱只针对那些朝它移动的原子。这是由于多普勒效应-当原子朝着源激光移动时，光的频率从那个原子的角度增加。这是同样的原因，声音频率随着火车速度的变化而变化观测者-源和目标之间的相对速度控制视在频率对于不以该临界速度运动的原子，它们对激光是透明的，因此不受激光的影响。当光相对于激光冷却阱中某些原子的表观频率刚好合适时，原子吸收入射光子，暂时获得更高的能量，然后发射一个光子。因此，激光冷却装置有选择地减慢在某个方向上移动的原子超过阈值的速度。通过将激光排列在一个三维矩阵中，围绕着扩散气体，所有三个自由度的原子速度都可以被抑制，导致原子运动减少，从而降低温度。气体必须扩散以确保光子不会被相邻原子重新吸收。缓慢地控制激光频率也有帮助，因为它可能需要几个阶段的冷却才能将气体降低到所需的温度。小心操作，也许你能得到你一直想要的研究经费。