En metode til fremstilling af 3D-Bose-Einstein-kondensater ved hjælp af laserkøling

Forskere ved MIT-Harvard Center for ultrakølede atomer og forskningslaboratorium for elektronik har foreslået en ny metode til fremstilling af 3D-Bose-Einstein-kondensater kun ved hjælp af laserkøling. I deres undersøgelse, fremhævet i Fysisk gennemgangsbreve , de demonstrerede effektiviteten af ​​deres teknik til fremstilling af Bose-Einstein-kondensater, opnå temperaturer, der er godt under den effektive rekyltemperatur.

I tidligere fysikforskning har Bose-Einstein-kondens (BEC) ved direkte laserkøling blev ofte forfulgt, alligevel meget undvigende mål. Det blev første gang forsøgt af Steven Chu, der vandt Nobelprisen for laserkøling, og omkring 1995 af Mark Kasevich, der ikke lykkedes dengang. Andre grupper ledet af Carl Wieman og Eric Cornell, og af Wolfgang Ketterle, alle nobelpristagere til BEC, lykkedes at opnå BEC ved hjælp af fordampningskøling i stedet. Til sidst, de fleste forskere opgav at forsøge at producere BEC ved hjælp af laserkøling alene, indtil denne banebrydende nye undersøgelse.

"Et par år siden, Jeg havde en idé om, hvordan man reducerer den største hindring for laserkøling af atomer, den lysinducerede dannelse af molekyler fra atomer, ved hjælp af specifikke laserfrekvenser, "Vladan Vuletić, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Sammenlignet med køling gennem fordampning, laserkøling havde potentiale til at være hurtigere og mere effektiv, hvilket resulterer i reducerede begrænsninger for den eksperimentelle opsætning. "

Laserkøling atomer indebærer omhyggelig placering af et sæt lasere og tuning dem til at bremse atomernes bevægelse ved at sparke dem med fotoner. Denne teknik bruges almindeligvis til at skabe kolde skyer af atomer, men at bruge det til at skabe prøver af kolde atomer med en høj nok densitet til BEC havde hidtil vist sig meget udfordrende. En vigtig årsag til dette er, at laserlys kan fotoassociere tilstødende atomer i molekyler, som derefter forlader atomfælden.

"Vi fandt ud af, at vi dramatisk kunne reducere atomtab ved bevidst at vælge pumpelaserens energi for ikke at matche den mængde energi, der kræves for at danne molekyler, "Vuletić forklaret." Kombineret med en omhyggeligt optimeret sekvens af såkaldt Raman-køling (først demonstreret af Chu og Kasevich), dette tillod os at producere en kold sky af atomer med en tæthed, der var høj nok til at skabe en moderat størrelse BEC på cirka et sekund med afkøling. "

I deres undersøgelse, Vuletić og hans kolleger fangede atomer i en krydsede optisk dipolfælde og afkølede dem ved hjælp af Raman -køling, med langt væk-resonant optisk pumpelys for at reducere atomtab og opvarmning. Denne teknik gav dem mulighed for at nå temperaturer betydeligt under den effektive rekyltemperatur (temperaturskalaen forbundet med rekonstruktionens momentum for en foton), på en tidsskala, der er 10 til 50 gange hurtigere end den typiske fordampningstidsskala.

"En så hurtig produktion af BEC er allerede på niveau med de allerbedste fordampningsteknikker, som blev optimeret til hastighed, fremhæver potentialet ved den nye laserkølingsteknik, "Vuletić sagde." Vores laserkølingsmetode burde være anvendelig på andre atomer i fremtiden, samt til afkøling af molekyler. Vores hurtigere metode giver et bedre signal-til-støj-forhold, og gør det muligt for nye eksperimenter at studere kvantegasser, der var vanskelige at udføre før. "

Den nye metode introduceret af Vuletić og hans kolleger kan have mange konsekvenser for fremtidig fysikforskning. For eksempel, det kunne muliggøre hurtig produktion af kvantegenererede gasser i en række systemer, inklusive fermioner. I deres nuværende arbejde, forskerne bruger deres system til at studere 1-D kvantegasser med attraktive interaktioner, som teoretisk burde kollapse, men i stedet stabiliseres ved kvantetryk.

"I fremtiden, vi vil gerne anvende den samme teknik på fermioniske atomer, "Sagde Vuletić." Fermioniske atomer kondenserer ikke, men undgå hinanden, og i stedet danne en såkaldt kvantegenereret Fermigas ved lave temperaturer. Sådanne systemer kan bruges til at studere elektroner (som også er fermioner) i solid-state systemer, f.eks. for at forstå arten af ​​magnetisme og høj temperatur superledning. "

© 2019 Science X Network