سرمایش لیزری

سرمایش لیزری به چندین روش گفته می شود که در آن ها اتمها یا مولکول ها طی برهم کنش با یک یا چند میدانِ لیزر تا دمایی نزدیک به صفر مطلق سرد می شوند. اولین و پرکاربردترین روش سرمایش لیزری، سرمایش دوپلر است. سرد کردن اتم ها در پژوهش های مربوط به پدیده های کوانتومی اهمیت بسیار دارند. اساس کار سردسازی با لیزر ها، انتقال تکانه فوتون به اتم، و تابش فوتون برانگیخته در جهات تصادفی است.
دما، در واقع انرژی جنبشی سرعت های کاتوره ای ذرات تشکیل دهنده ی یک ماده هستند که سرعت بیشتر، دمای بیشتر را به همراه دارد پس برای کاهش دمای یک جسم باید از سرعت ذرات آن کاسته شود. ایده ی اصلی سردسازی با لیزر جذب فوتون توسط یک اتم درحال حرکت، درخلاف حرکت آن و همچنین گسیل فوتون در تمامی جهات به دلیل عدم ارجحیت فضایی برای گسیل است که این روش به سردسازی دوپلر مشهور است. در میان روش های سرمایش به کمک لیزر، این روش از پرکاربردترین هاست. به همین دلیل گاهی واژهٔ سرمایش لیزری هم معنا با سرمایش دوپلر استفاده می شود، در حالی که سرمایش لیزری علاوه بر سرمایش دوپلر شامل روش های دیگری نیز هست. روش سرمایش دوپلر در سال ۱۹۷۵ به طور هم زمان توسط دو گروه، یکی شامل دیوید واینلند و هانس جرج دهملت و دیگری متشکل از تئودور هانش و آرتور لئونارد شالو مطرح شد. استیون چو، کلود کوهن تانوژی و ویلیام دانیل فیلیپ جایزهٔ نوبل سال ۱۹۹۷ را به خاطر پژوهش هایشان در زمینهٔ به دام اندازی اتم و سرمایش لیزری دریافت کردند. [ ۱] میتوان مساله را در حالت یک بعدی بدون کم شدن از کلیت مفهوم بررسی کرد. برای سردسازی یک اتم با حرکت یک بعدی دو لیزر در سمت راست و چپ با طول موج یکسان قرار میدهیم. فوتون با توجه به یک بعدی بودن مساله به سمت یکی از لیزر ها در حرکت می باشد. در اتم، الکترون ها در اربیتال های با انرژی گسسته بصورت پایدار هستند و درصورتی که انرژی فوتون دقیقا برابر اختلاف انرژی دو تراز باشد، الکترون برانگیخته شده و به تراز بالاتر میرود؛ اما به علت ناپایداری مجدد به تراز قبل بازخواهد گشت و فوتونی دقیقا به اندازه ی فوتون دریافتی در زاویه فضایی ای، بدون ارجحیت خاصی گسیل میکند. اما با توجه به عدم قطعیت هایزنبرگ، طول موج فوتون فرودی هیچگاه دقیقا برابر با طول موج گذار نیست، بلکه احتمال جذب فوتون توسط تابع توزیع احتمال لورنتز، که حالتی از توزیع کوشی است توضیح داده میشود.