Răcirea cu laser este o metodă de încetinire a atomilor și, astfel, de răcire a acestora, folosind lasere. În mod obișnuit, vedem laserele ca încălzirea lucrurilor și, cu siguranță, o fac la scară macroscopică, dar pentru atomi individuali sau grupuri mici de atomi, acestea pot fi folosite pentru răcire. Cele mai reci temperaturi generate vreodată, mai puțin de jumătate de miliardime dintr-un Kelvin (0.5 nanoKelvin) au fost atinse prin utilizarea unei combinații de răcire cu laser și răcire evaporativă. Aceste temperaturi sunt atinse cu cantități mici de gaze difuze.
Mecanismul principal prin care răcirea laser încetinește atomii este de a le face să absoarbă și să emită fotoni în direcții aleatorii. Atâta timp cât viteza atomului este mai mare decât viteza de recul a emisiei fotonilor, viteza totală este redusă. Dacă plutiți pe un aeroglisor, mișcați o viteză semnificativă într-o direcție și aruncați aleatoriu bile metalice de pe aeroglisor, în cele din urmă viteza dvs. ar încetini, iar mișcările voastre ar fi dictate în întregime de efectul de recul al aruncării bilelor. Așa funcționează răcirea cu laser.
Răcirea cu laser vizează selectiv atomii care se mișcă în anumite direcții și la anumite viteze în interiorul gazului. Prin reglarea luminii la o anumită frecvență, chiar sub frecvența de rezonanță a substanței, capcana laser vizează doar atomii care se deplasează spre ea. Acest lucru se datorează efectului Doppler – atunci când atomul se deplasează către laserul sursă, frecvența luminii crește din punctul de vedere al atomului respectiv. Acesta este același motiv pentru care frecvența sunetului variază pe măsură ce un tren trece pe lângă un observator staționar – viteza relativă dintre sursă și obiect manipulează frecvența aparentă. Pentru atomii care nu se mișcă la această viteză de prag, ei sunt transparenți pentru laser și, prin urmare, nu sunt afectați de acesta.
Când frecvența aparentă a luminii în raport cu anumiți atomi din capcana de răcire cu laser este corectă, atomul absoarbe fotonii care intră, devine mai energetic temporar, apoi emite un foton. Deci, atomii care se deplasează într-o anumită direcție peste o viteză de prag sunt încetiniți selectiv de dispozitivul de răcire cu laser. Prin aranjarea laserelor într-o matrice tridimensională, înconjurând gazul difuz, viteza atomică în toate cele trei grade de libertate poate fi atenuată, ducând la o mișcare atomică mai mică și, prin urmare, la o temperatură mai scăzută. Gazul trebuie să fie difuz pentru a se asigura că fotonii nu sunt reabsorbiți de atomii adiacenți. Manipularea încet a frecvenței laserului poate fi de asemenea utilă, deoarece ar putea necesita mai multe etape de răcire pentru a scădea gazul la temperatura dorită. Fă-o cu grijă și poate vei obține acea bursă de cercetare pe care ti-ai dorit-o mereu.