什么是激光冷却? 这是一种利用激光将气体温度降低到接近绝对零度的方法。 激光冷却的目的和背景是什么? 当时(20世纪)的科学家们想要实现玻色爱因斯坦凝聚态。玻色爱因斯坦凝聚是一种现象,在这种现象中,许多被称为玻色子的粒子在接近绝对零度的温度下表现为相同形状的波。 此外,为了实现超导电性和超流体性,还需要使其温度极低。 激光冷却的细节是什么? 如上所述,激光冷却的目的是降低气体的温度。首先,什么是温度?从微观上讲,它是组成气体的粒子运动的强度。运动越剧烈,温度就越高。运动越平静,温度就越低。因此,降低温度就相当于尽可能地停止组成气体的粒子的运动。 那么,我们怎样才能尽可能地停止运动呢?正如你可以从激光冷却的名字中看出的,它涉及到用激光照射粒子。下面,我们将特别讨论原子的冷却问题。 如图所示,激光从上、下、前、后、左、右六个方向照射到待冷却的原子。换句话说,这六个是xyz轴的正负方向。 那么什么是激光呢?激光器是波长一致的光。为什么要使波长相同??因为原子有特定的波长,很容易被吸收。原子并不是吸收任何波长的波。 这里的关键点是,被照射的激光的波长应该比容易被目标原子吸收的波长稍长一些。为什么?这是因为目标原子在移动。那他们移动有什么问题? 原子也具有波的性质。正如你从多普勒效应中看到的,相对的波的波长被认为更短。 假设我们准备了适合的波长,很容易被目标原子吸收。然后,如上图所示,在波面移动的原子会感到波长比那个波长短。因此,激光不会被充分吸收。这就是为什么我们用稍微长一点的波长照射激光束,这样运动的原子就能很好地吸收它。 如果它向相反的方向移动呢? 这不是问题。因为激光束从六个方向发射,它们将控制原子在相反方向的运动。 此外,后向的激光束不会使物体加速。这是因为激光不吸收特定波长以外的波。在向同一方向运动的波的情况下,多普勒效应使波长看起来比实际长。 原子的原始动量和被辐射的光的动量之间存在守恒定律。因此,目标原子的运动是平静的。 1997年诺贝尔物理学奖被授予朱棣文、克劳德科恩塔努吉和威廉D菲利普斯,以表彰他们利用激光冷却和捕获原子的方法。