El enfriamiento evaporativo es una técnica de física atómica para lograr altas densidades de espacio de fase que las técnicas de enfriamiento óptico por sí solas no suelen alcanzar. [1]
Los átomos atrapados en trampas ópticas o magnéticas se pueden enfriar por evaporación a través de dos mecanismos principales, generalmente específicos para el tipo de trampa en cuestión: en trampas magnéticas, radiofrecuenciaLos campos (RF) se utilizan para expulsar selectivamente átomos calientes de la trampa induciendo transiciones entre los estados de espín de atrapamiento y no atrapamiento; o, en las trampas ópticas, la profundidad de la trampa en sí se reduce gradualmente, permitiendo que los átomos más energéticos de la trampa escapen por los bordes de la barrera óptica. En el caso de una distribución de Maxwell-Boltzmann para las velocidades de los átomos en la trampa, como en la figura de la derecha, estos átomos que escapan / son expulsados de la trampa se encuentran en la cola de velocidad más alta de la distribución, lo que significa que su La energía cinética (y por lo tanto la temperatura) es mucho más alta que el promedio de la trampa. El resultado neto es que mientras la población total de trampas disminuye, también lo hace la energía media de la población restante. Esta disminución de la energía cinética media de la nube de átomos se traduce en una disminución progresiva de la temperatura de la trampa, enfriando la trampa. Todo el proceso es análogo a soplar una taza de café caliente para enfriarla: esas moléculas en el extremo más alto de la distribución de energía para el café forman un vapor sobre la superficie y luego se eliminan del sistema soplándolas, disminuyendo el energía promedio, y por lo tanto temperatura, de las moléculas de café restantes.
Evaporación de RF
El enfriamiento evaporativo impulsado por RF es quizás el método más común para enfriar átomos por evaporación en una trampa magnetoóptica (MOT). Considere los átomos atrapados enfriados por láser en una transición | F = 0⟩ → | F = 1⟩. Los subniveles magnéticos del estado | F = 1⟩ (| m F = -1,0,1⟩) están degenerados para un campo externo cero. El campo cuadrupolo magnético confinante, que es cero en el centro de la trampa y distinto de cero en cualquier otro lugar, provoca un cambio Zeeman en los átomos que se desvían del centro de la trampa, elevando la degeneración de los tres subniveles magnéticos. La energía de interacción entre el momento angular de espín total del átomo atrapado y el campo magnético externo depende de la proyección del momento angular de espín sobre el eje z, y es proporcional a
Evaporación óptica
Si bien la primera observación de la condensación de Bose-Einstein se realizó en una trampa de átomos magnéticos utilizando enfriamiento evaporativo impulsado por RF, las trampas de dipolos ópticos son plataformas mucho más comunes en la actualidad para lograr la condensación en la actualidad. Comenzando en un MOT, los átomos fríos atrapados se transfieren al punto focal de un rayo láser de alta potencia, estrechamente enfocado y fuera de resonancia. El campo eléctrico del láser en su foco es lo suficientemente fuerte como para inducir momentos dipolares en los átomos, que luego son atraídos por el campo eléctrico máximo en el foco del láser, creando efectivamente un potencial de atrapamiento para mantenerlos en el foco del rayo.
La profundidad del potencial de atrapamiento óptico en una trampa de dipolo óptico (ODT) es proporcional a la intensidad de la luz láser de atrapamiento. Disminuir la potencia en el rayo láser de atrapamiento, por tanto, disminuye la profundidad del potencial de atrapamiento. En el caso de la evaporación impulsada por RF, la altura real de la barrera de potencial que confina los átomos se fija durante la secuencia de evaporación, pero la cuchilla de RF efectivamente disminuye la profundidad de esta barrera, como se discutió anteriormente. Sin embargo, para una trampa óptica, la evaporación se facilita al disminuir la potencia del láser y, por lo tanto, la profundidad del potencial de captura, como se muestra en la figura de la derecha. Como resultado, los átomos más calientes en la trampa tendrán suficiente energía cinética para poder atravesar las paredes de la barrera y escapar de la trampa, reduciendo la energía promedio de los átomos restantes como se describió anteriormente. Si bien las profundidades de trampa para ODT pueden ser poco profundas (del orden de mK, en términos de temperatura), la simplicidad de este procedimiento de evaporación óptica ha ayudado a que sea cada vez más popular para los experimentos de BEC desde sus primeras demostraciones poco después de la producción de BEC magnética. [3]
Ver también
Referencias
- ^ Ketterle, Wolfgang; Van Druten, Nueva Jersey (1996). "Enfriamiento evaporativo de átomos atrapados". Avances en física atómica, molecular y óptica . 37 : 181-236. Código bibliográfico : 1996AAMOP..37..181K . doi : 10.1016 / S1049-250X (08) 60101-9 . ISBN 9780120038374.
- ^ Anderson, MH; Ensher, JR; Matthews, MR; Wieman, CE; Cornell, EA (14 de julio de 1995). "Observaciones de la condensación de Bose-Einstein en un vapor atómico diluido" . Ciencia . 269 (5221): 198-201. Código Bibliográfico : 1995Sci ... 269..198A . doi : 10.1126 / science.269.5221.198 . PMID 17789847 .
- ^ Barrett, MD; Sauer, JA; Chapman, MS (19 de junio de 2001). "Formación totalmente óptica de un condensado atómico de Bose-Einstein". Cartas de revisión física . 87 (1): 010404. arXiv : cond-mat / 0106027 . Código Bibliográfico : 2001PhRvL..87a0404B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.87.010404 . PMID 11461452 . S2CID 24415566 .
- MH Anderson, JR Ensher, MR Matthews, CE Wieman y EA Cornell, Observaciones de la condensación de Bose-Einstein en un vapor atómico diluido , Science , 269: 198-201, 14 de julio de 1995.
- JJ Tollett, CC Bradley, CA Sackett y RG Hulet, Trampa de imán permanente para átomos fríos , Phys. Rev. A 51, R22, 1995.
- Bouyer et al., Enfriamiento evaporativo inducido por RF y BEC en un campo magnético alto , física / 0003050 , 2000.