Raffreddamento laser

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1	Un atomo fermo vede luce laser che non è né red-shifted né blue-shifted e non assorbe il fotone.
2	Un atomo che si allontana dal laser lo vede red-shifted e non assorbe il fotone.
3.1	Un atomo che si muove verso il laser lo vede blue-shifted e assorbe il fotone, rallentando.
3.2	L'atomo che ha assorbito il fotone va in uno stato eccitato.
3.3	L'atomo riemette un fotone. Poiché la direzione di emissione è casuale, non c'è una variazione netta dell'impulso mediando su molti cicli di assorbimento/emissione.

Il raffreddamento laser (in inglese laser cooling) si riferisce ad un insieme di tecniche sperimentali, sviluppate prevalentemente durante gli anni novanta, che permettono di raffreddare atomi e molecole a temperature prossime allo zero assoluto utilizzando dei fasci laser. Il lavoro su queste tecniche è valso il premio Nobel per la fisica a Claude Cohen-Tannoudji, Steven Chu e William Phillips nel 1997.

Attualmente la temperatura minima raggiunta in un campione di atomi ultra freddi è di 50 picokelvin.^[1]

A simili temperature la materia assume comportamenti prettamente quantistici. A seconda della statistica quantistica degli atomi utilizzati, è possibile creare sia un condensato di Bose-Einstein che un gas di Fermi degenere.

Il più comune esempio di raffreddamento laser è il raffreddamento Doppler. Altri metodi sono:

raffreddamento Sisifo
raffreddamento Raman
velocity selective coherent population trapping (VSCPT)
raffreddamento simpatetico
l'utilizzo di un rallentatore Zeeman

Note

^ Tim Kovachy, Jason M. Hogan, Alex Sugarbaker, Susannah M. Dickerson, Christine A. Donnelly, Chris Overstreet, e Mark A. Kasevich, Matter Wave Lensing to Picokelvin Temperatures, in Physical Review Letters, vol. 114, n. 14, 2015, p. 143004, DOI:10.1103/PhysRevLett.114.143004.

Bibliografia

Nobel Lecture by William D. Phillips (PDF), su nobelprize.org, 8 dicembre 1997.
Nobel Lecture by Claude Cohen-Tannoudji (PDF), su nobelprize.org, 8 dicembre 1997.
Nobel Lecture by Steven Chu (PDF), su nobelprize.org, 8 dicembre 1997.