melaza gris
La melaza gris es un método de enfriamiento de átomos por láser sub-Doppler. Emplea los principios del enfriamiento de Sísifo junto con el llamado estado "oscuro" cuya transición al estado excitado no es abordada por los láseres resonantes. Los experimentos de física atómica ultrafría en especies atómicas con una estructura hiperfina mal resuelta, como los isótopos de litio [1] y potasio , [2] a menudo utilizan melaza gris en lugar del enfriamiento de Sísifo como una etapa de enfriamiento secundaria después de la omnipresente trampa magneto-óptica (MOT) alcanzar temperaturas por debajo del límite Doppler. A diferencia de un MOT, que combina una fuerza de melaza con una fuerza de confinamiento, una melaza gris solo puede ralentizar pero no atrapar átomos; por lo tanto, su eficacia como mecanismo de enfriamiento dura solo milisegundos antes de que se deban emplear etapas adicionales de enfriamiento y captura.
Al igual que el enfriamiento de Sísifo , el mecanismo de enfriamiento de la melaza gris se basa en una transición de tipo Raman de dos fotones entre dos estados fundamentales de división hiperfina mediados por un estado excitado. Las superposiciones ortogonales de estos estados fundamentales constituyen estados "brillantes" y "oscuros", llamados así porque los primeros se acoplan al estado excitado a través de transiciones dipolares impulsadas por el láser , y el último solo es accesible a través de emisión espontánea.del estado excitado. Como tampoco lo son los estados propios del operador de energía cinética, el estado oscuro también evoluciona hacia el estado brillante con una frecuencia proporcional al momento externo del átomo. Los gradientes en la polarización del haz de melaza crean un paisaje de energía potencial sinusoidal para el estado brillante en el que los átomos pierden energía cinética al viajar "cuesta arriba" a máximos de energía potencial que coinciden con polarizaciones circulares capaces de ejecutar transiciones de dipolo eléctrico al estado excitado. Luego, los átomos en el estado excitado se bombean ópticamente al estado oscuro y, posteriormente, vuelven al estado brillante para reiniciar el ciclo. Alternativamente, el par de estados básicos brillantes y oscuros se pueden generar mediante transparencia inducida electromagnéticamente (EIT) . [3] [4]
El efecto neto de muchos ciclos de estados brillantes a excitados y oscuros es someter a los átomos a un enfriamiento similar al de Sísifo en el estado brillante y seleccionar los átomos más fríos para entrar en el estado oscuro y escapar del ciclo. El último proceso constituye la captura de población coherente selectiva por velocidad (VSCPT). [5] La combinación de estados claros y oscuros inspira el nombre de "melaza gris".
En 1988, el grupo del NIST en Washington dirigido por William Phillips midió por primera vez temperaturas por debajo del límite Doppler en átomos de sodio en una melaza óptica , lo que provocó la búsqueda de los fundamentos teóricos del enfriamiento sub-Doppler. [6] Al año siguiente, Jean Dalibard y Claude Cohen-Tannoudji identificaron la causa como el proceso multifotónico del enfriamiento de Sísifo, [7] y el grupo de Steven Chu también modeló el enfriamiento sub-Doppler como fundamentalmente un esquema de bombeo óptico . [8] Como resultado de sus esfuerzos, Phillips, Cohen-Tannoudji y Chu ganaron conjuntamente el Premio Nobel de Física de 1997.. TW Hansch, et al. , describió por primera vez la formulación teórica de la melaza gris en 1994, [9] y G. Grynberg logró una realización experimental de cuatro haces en cesio al año siguiente. [10] Desde entonces, se ha utilizado regularmente para enfriar todos los demás metales alcalinos (hidrogénicos). [1] [2] [11] [12]
