Manyeto optik tuzak

Manyeto optik tuzak (kısaca MOT), soğuk, kapana kısılmış nötr örnekleri üretebilmek için lazer soğutma ve uzamsal olarak değişen bir manyetik alan kullanan bir cihazdır. Bir MOT'tan elde edilen sıcaklıklar, foton geri tepme sınırının iki veya üç katı olan atomik türe bağlı olarak birkaç mikrokelvin kadar düşük olabilir. Bununla birlikte, çözülmemiş aşırı ince yapıya sahip atomlar için, örneğin;bir MOT'nta elde edilen sıcaklık Doppler soğutimitinden den daha yüksek olacaktır.

MOT'un deneysel kurulumu.

MOT zayıf bir dört kutuplu uzamsal olarak değişen manyetik alan ve altı dairesel polarize kırmızı-detuned optik melas ışınının kesişiminden oluşturulur. Atomlar tuzağın merkezinde (bobinlerin ortasında) sıfır alanından uzaklaştıkça, uzaysal olarak değişen Zeeman Kaymasi rezonansa atomik bir geçiş getirir ve bu da tuzağın merkezinde atomları merkeze doğru geri iten bir saçılma kuvvetine yol açar. Bu nedenle bir MOT atomları yakalar ve bu kuvvet, atomların momentum aldıkları foton saçılımından hareketlerinin zıt yönünde "tekmeler" meydana geldiğinden, aynı zamanda atomları ortalama olarak yavaşlatır (yani soğutur), tekrarlanan absorpsiyon ve kendiliğinden emisyon döngüleri meydana getirir. Bu şekilde bir MOT, saniyede yüzlerce metre başlangıç hızları ile saniyede onlarca santimetreye kadar (yine atomik türlere bağlı olarak) atomları yakalayabilir ve soğutabilir. Yüklü parçacıklar bir Penning Tuzağı veya Paul Tuzağı kullanılarak elektrik ve manyetik alanların bir kombinasyonu olarak tutulabilse de, bu tuzaklar nötr atomlar için etkisizdir.

Bir MOT'un Teorik Açıklaması

Zayıf bir dört kutuplu manyetik alan oluşturmak için bir anti-Helmholtz konfigürasyonunda iki bobin kullanılır; burada bobinleri z {\displaystyle z} -ekseni boyunca ayrılmış olarak ele alacağız. z {\displaystyle z} -yönü boyunca iki bobinin ortasında yer alan sıfır alanının yakınında, alan gradyanı tekdüzedir ve alanın kendisi pozisyona göre doğrusal olarak değişir. Bu tartışma için, J = 0 {\displaystyle J=0} ve J = 1 {\displaystyle J=1} olan, zemin ve uyarılmış durumları olan bir atom düşünün; burada J {\displaystyle J} , toplam açısal momentum vektörünün büyüklüğüdür. Zeeman Etkisi nedeniyle, bu durumların her biri | J , m J ⟩ {\displaystyle |J,m_{J}\rangle } ile gösterilen ilişkili m J {\displaystyle m_{J}} değerleriyle 2 J + 1 {\displaystyle 2J+1} alt düzeylere bölünecektir (temel durum için Zeeman kaymasının alan tarafından sıfır olduğuna ve alt düzeylere bölünmeyeceğine dikkat edin). Bu, Zeeman kayması alan kuvvetiyle orantılı olduğundan ve bu konfigürasyonda alan kuvveti pozisyonda lineer olduğundan, uyarılmış durum alt seviyelerinin uzamsal olarak bağımlı enerji kaymaları ile sonuçlanır. Bir not olarak, Maxwell Denklemi ∇ ⋅ B = 0 {\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0} alan gradyanının x {\displaystyle x} ve y {\displaystyle y} yönleri boyunca iki kat daha güçlü olduğunu ve dolayısıyla z {\displaystyle z} yönü boyuna iki kat daha güçlü olduğunu ima eder.

Kaynakça

  • "Nobel Fizik Ödülü 1997". Nobelprize.org. 15 Ekim 1997. 13 Eylül 2006 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 11 Aralık 2011. 
  • Raab E. L.; Prentiss M.; Cable A.; Chu S.; Pritchard D.E. (1987). "Trapping of neutral sodium atoms with radiation pressure". Physical Review Letters. 59 (23): 2631-2634. Bibcode:1987PhRvL..59.2631R. doi:10.1103/PhysRevLett.59.2631. PMID 10035608. 
  • Metcalf, Harold J.; Straten, Peter van der (1999). Laser Cooling and Trapping. Springer-Verlag New York, Inc. ISBN 978-0-387-98728-6. 
  • Foot, C.J. (2005). Atomik Fizik. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850696-6. 
  • Monroe C, Swann W, Robinson H, Wieman C (24 Eylül 1990). "Very cold trapped atoms in a vapor cell". Physical Review Letters. 65 (13): 1571-1574. Bibcode:1990PhRvL..65.1571M. doi:10.1103/PhysRevLett.65.1571. PMID 10042304. 13 Şubat 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Şubat 2022. 
  • Liwag, John Waruel F. Cooling and trapping of 87Rb atoms in a magneto-optical trap using low-power diode lasers, Thesis 621.39767 L767c (1999) 15 Şubat 2022 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  • K B Davis; M O Mewes; M R Andrews; N J van Druten; D S Durfee; D M Kurn; W Ketterle (27 Kasım 1997). "Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms". Physical Review Letters. 75 (22): 3969-3973. Bibcode:1995PhRvL..75.3969D. doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969. PMID 10059782. 1 Nisan 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Şubat 2022. 
  • C. C. Nshii; M. Vangeleyn; J. P. Cotter; P. F. Griffin; E. A. Hinds; C. N. Ironside; P. See; A. G. Sinclair; E. Riis; A. S. Arnold (May 2013). "A surface-patterned chip as a strong source of ultra-cold atoms for quantum technologies". Nature Nanotechnology. 8 (5): 321-324. arXiv:1311.1011 $2. Bibcode:2013NatNa...8..321N. doi:10.1038/nnano.2013.47. PMID 23563845. 
  • G.Puentes (Temmuz 2020). "Design and Construction of Magnetic Coils for Quantum Magnetism Experiments". Kuantum Raporları. 2 (3): 378-387. doi:10.3390/quantum2030026 Özgürce erişilebilir. 13 Şubat 2022 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Şubat 2022.