سردتر: چگونه فیزیکدانان حد تئوری خنک کننده لیزری را شکست دادند و پایه های یک انقلاب کوانتومی را گذاشتند - دنیای فیزیک

در اواخر دهه 1960، جامعه کوچکی از محققان شروع به استفاده از نیروهای نور برای هل دادن اجسام کوچک به اطراف کردند. در دهه بعد، این زمینه گسترش یافت و شامل خنک کننده لیزری شد، تکنیکی قدرتمند که از آن بهره می برد تغییر داپلر برای تولید نیرویی که فقط می تواند سرعت اجسام را کاهش دهد و هرگز سرعت آنها را افزایش ندهد. با گذشت سال ها، این آزمایش های خنک کننده لیزری جدید در امتداد دو مسیر موازی - یون ها و اتم ها - توسعه یافتند. بخش 1 این مجموعه: "سرما: چگونه فیزیکدانان یاد گرفتند که ذرات را با خنک کننده لیزری دستکاری و حرکت دهند".

از بسیاری جهات، یون ها مزیت اولیه داشتند. آنها به دلیل بار الکتریکی خود، نیروهای الکترومغناطیسی را تجربه می کنند که به اندازه کافی قوی هستند که به آنها اجازه می دهد در دماهای بالا در تله های الکترومغناطیسی گرفتار شوند و توسط لیزر در طول موج های فرابنفش خنک شوند. تا سال 1981 تله‌گذاران یونی این تکنیک را تا حدی اصلاح کردند که می‌توانستند یون‌های منفرد را به دام بیندازند و شناسایی کنند و با دقت بی‌سابقه‌ای طیف‌سنجی روی آنها انجام دهند.

در مقابل، اتم‌ها باید قبل از اینکه توسط نیروهای ضعیف‌تر اعمال شده توسط میدان‌های مغناطیسی و نور به دام بیفتند، سرعت خود را کاهش دهند. با این حال، تا سال 1985 بیل فیلیپس و همکاران در اداره ملی استاندارد ایالات متحده در Gaithersburg، مریلند، از نور استفاده کرده بود تا پرتوی اتم های سدیم را تقریباً متوقف کند، سپس آنها را در یک تله مغناطیسی محبوس کرد. فراتر از آن، به نظر می‌رسید که چالش اصلی برای رام‌کننده‌های اتم‌های بالقوه شامل ساختن این کار برای به دام انداختن اتم‌های خنثی کارآمدتر و فشار دادن محدودیت‌های خود فرآیند خنک‌سازی باشد.

هر دو پروژه فراتر از انتظارات هر کسی موفق خواهند شد. و همانطور که در قسمت 1 دیدیم، ریشه های این موفقیت به آن بازمی گردد آرتور اشکین at آزمایشگاه های بل.

ایده خوب، اجرای ناکافی

آخرین باری که اشکین را ملاقات کردیم، سال 1970 بود و او به تازگی تکنیک «موچین نوری» را توسعه داده بود که تقریباً 50 سال بعد جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد. در پایان دهه 1970، او با همکارانش در آزمایشگاه بل روی آزمایش‌هایی درباره پرتو اتمی کار می‌کرد. "ریک فریمن یک ماشین پرتو اتمی داشتم، و آزمایش‌هایی داشتم که انجام آنها با پرتو اتمی جالب بود، اما خیلی مشتاق ساختن یک ماشین پرتو اتمی نبودم.

اشکین و بیورخولم با همپوشانی پرتو لیزر با پرتو اتم‌ها نشان دادند که می‌توان با تنظیم فرکانس نور، اتم‌ها را فوکوس کرد یا فوکوس زدایی کرد. با تنظیم لیزر روی قرمز - با فرکانس کمی کمتر از آنچه اتم‌ها می‌خواهند جذب کنند - برهمکنش بین اتم‌ها و نور انرژی داخلی اتم‌ها را کاهش می‌دهد ("تغییر نور") و اتم‌ها را به درون پرتو لیزر می‌کشاند. با تنظیم لیزر روی آبی، اتم ها به بیرون رانده شدند.

اشکین ایده های مختلفی برای تبدیل این پدیده به یک روش "تمام نوری" برای به دام انداختن اتم ها (یعنی بدون میدان های مغناطیسی که گروه فیلیپس استفاده می کرد) داشت. متأسفانه، اشکین و بیورخولم برای اجرای آن تلاش کردند زیرا تیر اتمی فریمن با پنجره‌های پلکسی ساخته شده بود که نمی‌توانست فشار کافی را تحمل کند. اتم‌ها و مولکول‌هایی که از بیرون به داخل نشت می‌کردند تحت تأثیر لیزرهای خنک‌کننده قرار نگرفتند و در نتیجه هنگام برخورد با اتم‌های موجود در پرتو، اتم‌های هدف را از تله خارج کردند. پس از چند سال نتایج ناامیدکننده، رهبری آزمایشگاه‌های بل در آزمایش‌ها سخت شدند و اشکین را مجبور کردند چیزهای دیگری را دنبال کند.

شناگران در یک مایع چسبناک

در حوالی این زمان، یک محقق جوان با شهرت (که خود را توصیف می‌کند) به عنوان «مردی که می‌توانست آزمایش‌های دشواری را انجام دهد» به دفتری در نزدیکی آشکین در مرکز هلمدل آزمایشگاه‌های بل نقل مکان کرد. اسمش بود استیو چوو به عقاید اشکین علاقه مند شد. آنها با هم یک سیستم خلاء فوق‌العاده مناسب برای خنک‌سازی و به دام انداختن اتم‌ها، بعلاوه سیستمی برای کاهش سرعت اتم‌های سدیم با جارو کردن سریع فرکانس لیزر برای جبران تغییر تغییر داپلر، ساختند. روش دوم به عنوان "خنک کننده صدای جیر جیر" شناخته می شود. به طور تصادفی، دانشمندانی که یکی از فناوری های کلیدی آن را توسعه دادند نیز در Holmdel بودند.

در این مرحله، چو پیشنهاد کرد که اتم‌ها را با روشن کردن آن‌ها با سه جفت پرتوهای لیزری عمود بر ضد انتشار، از قبل سرد کنند، که همگی روی فرکانس زیر فرکانس انتقال اتم‌ها تنظیم شده‌اند، همانطور که در بخش 1 بحث شد. در هر سه بعد به طور همزمان: اتمی که به سمت بالا حرکت می کند، پرتو لیزر رو به پایین داپلر را می بیند که به سمت بالا جابه جا شده، فوتون ها را جذب می کند و سرعتش را کاهش می دهد. اتمی که به سمت چپ حرکت می‌کند، فوتون‌های پرتو به سمت راست را می‌بیند که به سمت بالا جابه‌جا شده‌اند و غیره. مهم نیست اتم ها به کدام سمت حرکت می کنند، آنها نیرویی را احساس می کنند که با حرکت آنها مخالف است. شباهت به وضعیت اسفبار یک شناگر در یک مایع چسبناک باعث شد که چو آن را "ملاس نوری" نامید (شکل 1).

تیم آزمایشگاه بل در سال 1985 ملاس نوری را به نمایش گذاشتند که هزاران اتم را از یک پرتو خنک شده با صدای جیر جیر جمع آوری کرد. همانطور که شایسته نام است، ملاس نوری بسیار «چسبنده» بود و اتم‌ها را در پرتوهای همپوشانی حدود یک دهم ثانیه (عملاً یک ابدیت در فیزیک اتمی) قبل از سرگردانی به بیرون نگه می‌داشت. در حالی که در ناحیه ملاس، اتم‌ها دائماً نور لیزرهای خنک‌کننده را جذب می‌کنند و دوباره ساطع می‌کنند، بنابراین به صورت یک ابر درخشان پراکنده ظاهر می‌شوند. مقدار کل نور اندازه گیری آسانی از تعداد اتم ها ارائه می دهد.

اشکین، چو و همکارانشان همچنین توانستند دمای اتم ها را تخمین بزنند. آنها این کار را با اندازه‌گیری تعداد اتم‌های موجود در ملاس انجام دادند، نور را برای مدت کوتاهی خاموش کردند، سپس دوباره آن را روشن کردند و عدد را دوباره اندازه‌گیری کردند. در فاصله تاریکی ابر اتمی منبسط می‌شود و برخی از اتم‌ها از ناحیه پرتوهای ملاس فرار می‌کنند. این نرخ فرار به تیم اجازه داد تا دمای اتم ها را محاسبه کند: حدود 240 میکروکلوین - درست مطابق با حداقل مورد انتظار برای اتم های سدیم خنک شده با لیزر.

تبدیل ملاس به تله

ملاس نوری با وجود چسبندگی، تله نیست. اگرچه سرعت اتم ها را کند می کند، اما زمانی که اتم ها به لبه پرتوهای لیزر می روند، می توانند فرار کنند. در مقابل، یک تله نیرویی را تامین می‌کند که بستگی به موقعیت دارد و اتم‌ها را به سمت یک منطقه مرکزی به عقب می راند.

ساده‌ترین راه برای ایجاد یک تله، استفاده از یک پرتو لیزر متمرکز است، شبیه به موچین‌های نوری Ashkin که برای به دام انداختن اجسام میکروسکوپی ساخته شده است. در حالی که حجم کانون لیزر کسر کوچکی از حجم ملاس است، اشکین، بیورخولم و (به طور مستقل) چو متوجه شدند که با این وجود تعداد قابل توجهی از اتم‌ها می‌توانند از طریق انتشار تصادفی در ملاس در چنین دامی جمع شوند. هنگامی که آنها یک پرتو لیزر مجزا و به دام انداخته را به ملاس خود اضافه کردند، نتایج امیدوارکننده بود: یک نقطه روشن کوچک در ابر ملاس منتشر ظاهر شد که نشان دهنده چند صد اتم به دام افتاده بود.

با این حال، فراتر از آن، چالش‌های فنی را به همراه داشت. مشکل اینجاست که تغییر در سطوح انرژی اتمی که امکان تله‌گذاری نوری تک پرتو را ممکن می‌سازد، فرآیند خنک‌سازی را مختل می‌کند: وقتی لیزر به دام انداختن انرژی حالت پایه اتم را کاهش می‌دهد، تنظیم فرکانس مؤثر لیزر خنک‌کننده را تغییر می‌دهد. استفاده از لیزر دوم و تناوب بین خنک‌سازی و به دام انداختن تعداد اتم‌هایی را که می‌توان به دام انداخت، بهبود می‌بخشد، اما به قیمت پیچیدگی بیشتر. برای پیشرفت بیشتر، فیزیکدان ها به اتم های سردتر یا تله بهتری نیاز دارند.

ارتباط فرانسوی

هر دو در افق بودند. کلود کوهن تانوجی و گروه او در École Normale Supérieure (ENS) در پاریس عمدتاً از جنبه تئوریک به خنک‌سازی لیزری می‌پردازند. ژان دالیبرد، که سپس یک دکترای تازه وارد در گروه شد، مطالعه تحلیل های نظری توسط اشکین و جیم گوردون ("یک مقاله فوق العاده") و توسط دو نفر شوروی Vلادیلن لتوخوف و ولادیمیر مینوگین، که (با بوریس دی پاولیک) حداقل دمای قابل دستیابی با خنک کننده لیزر را در سال 1977 بدست آورده بود.

همانطور که در قسمت 1 دیدیم، این حداقل دما به عنوان حد خنک‌کننده داپلر شناخته می‌شود و از ضربه‌های تصادفی ناشی می‌شود که وقتی اتم‌ها پس از جذب نور از یکی از پرتوهای خنک‌کننده فوتون‌ها را دوباره ساطع می‌کنند، اتفاق می‌افتد. دالیبارد که کنجکاو بود که واقعاً این «محدودیت» چقدر محکم است، به دنبال راه‌هایی برای نگه داشتن اتم‌ها در «تاریکی» تا حد امکان بود. برای انجام این کار، او از ویژگی اتم‌های واقعی استفاده کرد که توسط نظریه خنک‌کننده داپلر استاندارد نمی‌توان دریافت: حالت‌های اتمی واقعی سطوح انرژی منفرد نیستند، بلکه مجموعه‌ای از سطوح فرعی با انرژی یکسان اما گشتاور زاویه‌ای متفاوت هستند (شکل 2).

این سطوح فرعی مختلف یا حالت‌های تکانه، انرژی را در حضور میدان مغناطیسی تغییر می‌دهند (اثر زیمن). با قوی‌تر شدن میدان، انرژی برخی حالت‌ها افزایش می‌یابد، در حالی که برخی دیگر کاهش می‌یابند. وقتی جهت میدان معکوس می شود، این نقش ها برعکس می شوند. یک عامل پیچیده تر این است که قطبش نور لیزر تعیین می کند که کدام زیرسطح فوتون ها را جذب می کند. در حالی که یک قطبش اتم ها را بین حالت ها به گونه ای حرکت می دهد که حرکت زاویه ای را افزایش می دهد، دیگری آن را کاهش می دهد.

دالیبرد در تحلیل نظری خود این سطوح فرعی را با میدان مغناطیسی ترکیب کرد که در نقطه‌ای صفر است و با حرکت اتم‌ها به بیرون افزایش می‌یابد. با انجام این کار، او موقعیتی ایجاد کرد که در آن جداسازی فرکانس لیزر مؤثر به موقعیت اتم ها بستگی داشت. (فیلیپس و همکارانش از پیکربندی مشابهی برای تله مغناطیسی خود استفاده کردند، اما در یک میدان بسیار بالاتر). شکل 3).

دالیبرد امیدوار بود که محدود کردن توانایی اتم ها برای جذب نور به این روش ممکن است دمای حداقل آنها را کاهش دهد. بعد از اینکه محاسبه کرد که اینطور نیست، ایده را کنار گذاشت. او توضیح می دهد: "من دیدم که یک تله است، اما من به دنبال یک تله نبودم، من به دنبال خنک کننده ساب داپلر بودم."

اگر نبود شاید به همین جا ختم می شد دیو پریچاردفیزیکدانی در مؤسسه فناوری ماساچوست که در سال 1986 از گروه پاریس بازدید کرد. پریچارد در طول این بازدید، در مورد ایده‌هایی برای تولید تله‌های با حجم بزرگ‌تر سخنرانی کرد و در پایان گفت که از پیشنهادات - بهتر - استقبال می‌کند.

دالیبرد به یاد می‌آورد: «من پیش دیو رفتم و گفتم: «خب، من ایده‌ای دارم، و مطمئن نیستم که بهتر است، اما با شما متفاوت است». پریچارد ایده دالیبارد را به ایالات متحده بازگرداند و در سال 1987 او و چو اولین تله مغناطیسی نوری (MOT) را بر اساس تحلیل دالیبرد ساختند. به دالیبرد پیشنهاد شد که مقاله به دست آمده را تالیف کند، اما خوشحال بود که به سادگی در قدردانی ها به رسمیت شناخته شد.

به سختی می توان گفت که MOT چقدر انقلابی برای توسعه خنک کننده لیزری بوده است. این دستگاه نسبتاً ساده ای است که برای تولید تله های قوی تنها به یک فرکانس لیزر و یک میدان مغناطیسی نسبتا ضعیف نیاز دارد. با این حال بهترین از همه ظرفیت آن است. اولین تله تمام نوری چو و اشکین صدها اتم را در خود جای داد، اولین تله مغناطیسی فیلیپس چندین هزار اتم داشت، اما اولین تله مغناطیسی نوری ده میلیون اتم را در خود جای داد. همراه با معرفی لیزرهای دیود ارزان قیمت توسط کارل ویمن در دانشگاه کلرادو (که در مورد آن در قسمت 3 این مجموعه بیشتر آمده است)، ظهور MOT باعث انفجار سریعی در تعداد گروه هایی شد که در سراسر جهان خنک کننده لیزری مطالعه می کردند. سرعت تحقیق در حال افزایش بود.

قانون مورفی تعطیلات دارد

در حالی که پریچارد و چو در حال ساختن اولین MOT بودند، فیلیپس و همکارانش گیترزبورگ با یک مشکل بسیار غیرعادی در ملاس نوری خود مواجه شدند. برخلاف انتظارات فیزیک تجربی، ملاس خیلی خوب عمل کرد. در واقع، می‌تواند اتم‌ها را حتی با برخی از پرتوهای آن خنک کند.

این کشف تا حدی به این دلیل اتفاق افتاد که خنک‌سازی لیزری قرار بود پروژه جانبی فیلیپس باشد، بنابراین آزمایشگاه او در یک اتاق آماده‌سازی متصل به یک ماشین‌فروشی راه‌اندازی شد. برای جلوگیری از تجمع گرد و غبار و چربی مغازه بر روی سیستم خلاء آزمایشگاه، اعضای گروه در شب پنجره های سیستم را با پلاستیک یا کاغذ صافی می پوشانند. به یاد می‌آورد: «گاهی اوقات به این ملاس با ظاهری واقعاً تحریف می‌رسید پل لتاو که در سال 1986 به گروه پیوست، «و بعد متوجه می‌شوید که اوه، ما آن تکه کاغذ صافی را بیرون نیاوردیم. قابل توجه بود که اصلاً کار کرد.»

این تداوم غافلگیرکننده، لِت را بر آن داشت تا برای مطالعه سیستماتیک تر، از جمله مجموعه جدیدی از اندازه گیری دما، تلاش کند. روش "آزادسازی و بازپس گیری" توسعه یافته توسط گروه آزمایشگاه بل دارای عدم قطعیت های نسبتاً زیادی بود، بنابراین گروه فیلیپس روش جدیدی را امتحان کرد که شامل تشخیص نور ساطع شده به هنگام عبور اتم ها از پرتو کاوشگر قرار گرفته در نزدیکی ملاس بود. وقتی ملاس خاموش می شد، اتم ها دور می شدند. زمانی که آنها برای رسیدن به کاوشگر صرف کردند، اندازه گیری مستقیم سرعت آنها و در نتیجه دمای آنها را نشان می داد.

مانند تمام آزمایش‌های خنک‌کننده لیزری، آزمایشگاه فیلیپس تعداد زیادی لنز و آینه را در یک فضای کوچک قرار داد و مشخص شد که راحت‌ترین مکان برای قرار دادن کاوشگر کمی بالاتر از ناحیه ملاس است. این باید برای اتم‌هایی که با سرعت حد داپلر حرکت می‌کنند خوب کار می‌کرد، اما وقتی لت آزمایش را انجام داد، هیچ اتمی به کاوشگر نرسید. در نهایت، او و همکارانش موقعیت کاوشگر را به زیر ملاس تغییر دادند و در آن لحظه سیگنال زیبایی را مشاهده کردند. فقط یک مشکل وجود داشت: حد خنک کننده داپلر 240 میکروکلوین بود، اما این اندازه گیری "زمان پرواز" دمای 40 میکروکلوین را نشان داد.

به نظر می‌رسد این نتیجه قانون مورفی را نقض می‌کند، این حکم که «هر چیزی که ممکن است اشتباه پیش برود، انجام می‌شود»، بنابراین آنها حاضر به پذیرش فوری آن نبودند. آنها دما را با استفاده از چندین تکنیک مختلف، از جمله رهاسازی و بازپس گیری بهبودیافته، دوباره اندازه گیری کردند، اما همچنان به همان نتیجه می رسیدند: اتم ها بسیار سردتر از آن چیزی بودند که تئوری می گوید ممکن بود.

در اوایل سال 1988، فیلیپس و شرکت با گروه‌های دیگر در جامعه کولرهای لیزری تماس گرفتند و از آنها خواستند دمای آزمایشگاه‌های خود را بررسی کنند. چو و ویمن به سرعت نتیجه شگفت‌انگیز را تأیید کردند: ملاس نوری نه تنها برای خنک کردن اتم‌ها کار می‌کرد، بلکه بهتر از آن چیزی بود که تئوری می‌گفت.

بالا رفتن از تپه

گروه پاریس هنوز یک برنامه آزمایشی نداشت، اما دالیبرد و کوهن تانوجی از طریق همان عامل واقعی دنیای واقعی که دالیبر برای توسعه MOT استفاده کرد: چندین حالت اتمی داخلی به این مشکل حمله کردند. حالت پایه سدیم دارای پنج سطح فرعی با انرژی یکسان است و توزیع اتم ها بین آن حالت ها به شدت و قطبش نور بستگی دارد. این فرآیند توزیع، که «پمپ‌سازی نوری» نامیده می‌شود، در تحقیقات طیف‌سنجی که در ENS در پاریس تحت رهبری کوهن تانوجی انجام می‌شد، مرکزی بود، بنابراین گروه او به طور منحصربه‌فردی برای بررسی اینکه چگونه این حالت‌های اضافی می‌توانند خنک‌سازی لیزری را بهبود بخشند، مناسب بود.

مشخص شد که ویژگی کلیدی قطبش نور لیزر است که در فیزیک کلاسیک با محور میدان الکتریکی نوسانی نور مطابقت دارد. ترکیب شش پرتو ضد انتشار، توزیع پیچیده ای از قطبش ها را ایجاد می کند زیرا پرتوها به روش های مختلف در مکان های مختلف در ملاس نوری ترکیب می شوند. اتم‌ها دائماً به صورت نوری به پیکربندی‌های مختلف پمپ می‌شوند و فرآیند خنک‌سازی را گسترش می‌دهند و اجازه می‌دهند دماهای پایین‌تری داشته باشند.

در تابستان 1988 دالیبرد و کوهن تانوجی مدلی زیبا برای توضیح خنک‌سازی ساب داپلر ابداع کردند. (چو به طور مستقل به نتیجه مشابهی رسید که به یاد می آورد آن را در قطاری بین دو کنفرانس در اروپا به دست آورد.) آنها یک اتم ساده شده با تنها دو سطح فرعی حالت پایه را در نظر گرفتند که به طور سنتی با برچسب -½ و +½، روشن شده توسط دو پرتو لیزر در حال انتشار در جهت مخالف با قطبش خطی مخالف. این باعث ایجاد الگویی می شود که به طور متناوب بین دو حالت پلاریزاسیون، با برچسب σ^- و σ⁺.

یک اتم در ناحیه σ^- پلاریزاسیون به صورت نوری به حالت ½- پمپ می شود، که یک تغییر نور بزرگ را تجربه می کند که انرژی داخلی آن را کاهش می دهد. همانطور که اتم به سمت σ حرکت می کند⁺ ناحیه قطبش، تغییر نور کاهش می‌یابد، و اتم باید برای جبران کند، انرژی جنبشی را برای جبران افزایش انرژی داخلی از دست می‌دهد، مانند توپی که از تپه بالا می‌رود. وقتی به σ رسید⁺ پمپاژ نوری نور باعث می‌شود که به حالت +½ تغییر وضعیت دهد که تغییر نور زیادی دارد. اتم انرژی را که با بالا رفتن از "تپه" از σ از دست داده است، پس نمی گیرد^- با این حال، منطقه، بنابراین با شروع دوباره فرآیند کندتر حرکت می کند: با حرکت به سمت σ بعدی، تغییر نور کاهش می یابد.^- منطقه، بنابراین انرژی خود را از دست می دهد، سپس به صورت نوری به ½- و غیره پمپ می شود.

این روند از دست دادن انرژی با بالا رفتن مداوم از «تپه‌ها» نام واضحی را به همراه داشت: دالیبارد و کوهن تانوجی آن را سیزیف خنک‌کننده نامیدند، پس از پادشاهی که در اسطوره‌های یونانی محکوم به گذراندن ابدیت در هل دادن یک تخته سنگ به بالای تپه بود تا صخره لغزش کند. دور شده و به پایین برگردید (شکل 4). اتم‌های ملاس نوری خود را در وضعیتی مشابه می‌بینند، همیشه از تپه‌ها بالا می‌روند و انرژی خود را از دست می‌دهند تا پمپ نوری آنها را به پایین بازگرداند و آنها را مجبور به شروع دوباره کند.

جوایز سیزیف

تئوری خنک‌سازی سیزیف، پیش‌بینی‌های مشخصی در مورد حداقل دماها و چگونگی وابستگی آن‌ها به جداسازی لیزر و میدان مغناطیسی انجام می‌دهد. این پیش بینی ها به سرعت در آزمایشگاه های سراسر جهان تایید شد. در پاییز 1989 مجله انجمن نوری آمریکا بی یک شماره ویژه در مورد خنک کننده لیزری منتشر کرد حاوی نتایج تجربی از گروه فیلیپس در گیترزبورگ، نظریه سیزیف از پاریس، و یک مقاله تجربی و نظری ترکیبی از گروه چو، که تا آن زمان از آزمایشگاه بل به دانشگاه استنفورد در کالیفرنیا منتقل شده بود. در بیشتر دهه بعد، این موضوع ویژه به عنوان منبع قطعی برای دانش آموزانی که به دنبال درک خنک کننده لیزری بودند در نظر گرفته می شد و کوهن تانوجی و چو در ادامه این موضوع را به اشتراک گذاشتند. جایزه نوبل فیزیک 1997 با فیلیپس

اثر سیزیف می تواند تا حدی اتم ها را خنک کند که دیگر انرژی کافی برای بالا رفتن از یک «تپه» را نداشته باشند و در عوض در یک ناحیه کوچک از یک قطبش منفرد محدود شوند. این محصور به همان اندازه که برای یون های به دام افتاده محکم است، دو شاخه خنک کننده لیزر را به خوبی متقارن می کند. در اوایل دهه 1990، یون‌های به دام افتاده و اتم‌های خنثی هر دو می‌توانستند تا رژیمی سرد شوند که ماهیت کوانتومی آنها آشکار شود: یک یون منفرد در یک تله، یا یک اتم در یک "چاه" ایجاد شده در خنک‌سازی سیزیف، تنها می‌تواند در انرژی گسسته خاصی وجود داشته باشد. ایالت ها. این حالت های گسسته به زودی برای هر دو سیستم اندازه گیری شد. امروزه آنها بخش مهمی از محاسبات کوانتومی با اتم ها و یون ها هستند.

یک مسیر جالب دیگر از تحقیقات مربوط به خود چاه ها بود. اینها هنگام تداخل پرتوهای نور تشکیل می شوند و به طور طبیعی در آرایه های بزرگ با فاصله نیمی از طول موج لیزر رخ می دهند. ماهیت دوره‌ای این شبکه‌های نوری به اصطلاح ساختار میکروسکوپی ماده جامد را تقلید می‌کند و اتم‌ها نقش الکترون‌ها را در یک شبکه کریستالی بازی می‌کنند. این شباهت اتم های به دام افتاده را به یک پلت فرم مفید برای کاوش پدیده های فیزیک ماده متراکم مانند ابررسانایی تبدیل می کند.

با این حال، برای کشف واقعی ابررسانایی با اتم‌های سرد، شبکه باید با اتم‌هایی با چگالی بالاتر و حتی دمای پایین‌تری نسبت به خنک‌سازی سیزیف بارگذاری شود. همانطور که در قسمت 3 خواهیم دید، رسیدن به آنجا مستلزم مجموعه جدیدی از ابزارها و تکنیک‌ها است و امکان ایجاد نه تنها آنالوگ‌های سیستم‌های شناخته‌شده، بلکه حالت‌های کاملاً جدید ماده را باز می‌کند.

• قسمت دوم تاریخچه خنک کننده لیزری توسط چاد اورزل به زودی منتشر خواهد شد دنیای فیزیک

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. خودرو / خودروهای الکتریکی، کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• ChartPrime. بازی معاملاتی خود را با ChartPrime ارتقا دهید. دسترسی به اینجا.
• BlockOffsets. نوسازی مالکیت افست زیست محیطی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/colder-how-physicists-beat-the-theoretical-limit-for-laser-cooling-and-laid-the-foundations-for-a-quantum-revolution/