La melaza óptica es una técnica de enfriamiento por láser que puede enfriar átomos neutros a temperaturas más bajas que una trampa magnetoóptica (MOT). Una melaza óptica consta de 3 pares de rayos láser polarizados circularmente contrapropagados que se cruzan en la región donde están presentes los átomos. La principal diferencia entre la melaza óptica y una MOT es la ausencia de campo magnético en la primera. Por lo tanto, a diferencia de un MOT, una melaza óptica solo proporciona enfriamiento y no atrapa. Mientras que un MOT de sodio típico puede enfriar átomos hasta 300μK, la melaza óptica puede enfriar los átomos hasta 40μK, un orden de magnitud más frío.
Historia
Cuando se propuso el enfriamiento por láser en 1975, se predijo un límite teórico a la temperatura más baja posible. [1] Conocido como límite Doppler ,, esto fue dado por la temperatura más baja posible alcanzable considerando el enfriamiento de átomos de dos niveles por enfriamiento Doppler y el calentamiento de átomos debido a la difusión del momento de la dispersión de fotones láser. Aquí,, es el ancho de línea natural de la transición atómica, , es la constante de Planck reducida y,, es la constante de Boltzmann .
Los experimentos en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología , Gaithersburg, encontraron que la temperatura de los átomos enfriados estaba muy por debajo del límite teórico. [2] Inicialmente, fue una sorpresa para los teóricos, hasta que salió la explicación completa.
Teoría
La mejor explicación del fenómeno de la melaza óptica se basa en el principio de enfriamiento por gradiente de polarización . [3] Los haces de luz polarizada circularmente en contrapropagación provocan una onda estacionaria, donde la polarización de la luz es lineal pero la dirección gira a lo largo de la dirección de los haces a una velocidad muy rápida. Los átomos que se mueven en la polarización lineal que varía espacialmente tienen una densidad de probabilidad más alta de estar en un estado que es más susceptible a la absorción de luz del rayo que viene de frente, en lugar del rayo desde atrás. Esto da como resultado una fuerza de amortiguación dependiente de la velocidad que puede reducir la velocidad de una nube de átomos hasta cerca del límite de retroceso.
Referencias
- ^ Hänsch, TW; Schawlow, AL (1975). "Enfriamiento de gases por radiación láser" . Comunicaciones ópticas . 13 (1): 68–69. doi : 10.1016 / 0030-4018 (75) 90159-5 . ISSN 0030-4018 .
- ^ Lett, Paul D .; Watts, Richard N .; Westbrook, Christoph I .; Phillips, William D .; Gould, Phillip L .; Metcalf, Harold J. (1988). "Observación de átomos enfriados por láser por debajo del límite Doppler". Cartas de revisión física . 61 (2): 169-172. CiteSeerX 10.1.1.208.9100 . doi : 10.1103 / PhysRevLett.61.169 . ISSN 0031-9007 . PMID 10039050 .
- ^ Dalibard, J .; Cohen-Tannoudji, C. (noviembre de 1989). "Enfriamiento láser por debajo del límite Doppler por gradientes de polarización: modelos teóricos simples" . JOSA B . 6 (11): 2023-2045. doi : 10.1364 / JOSAB.6.002023 .
Presentamos dos mecanismos de enfriamiento que conducen a temperaturas muy por debajo del límite Doppler. Estos mecanismos se basan en gradientes de polarización de láser y funcionan con una potencia de láser baja cuando el tiempo de bombeo óptico entre diferentes subniveles de estado fundamental se vuelve prolongado.