Lasery wykorzystywane do chłodzenia i manipulowania cząsteczkami

" Od lat używamy laserowego chłodzenia do łapania i manipulowania atomami" mówi David DeMille. Było to bardzo użyteczne zarówno dla nauk podstawowych i wielu aplikacji. Niedawno doszło wo wielkiego zainteresowania w chłodnictwie i "łowieniu" cząsteczek. Ich złożona wewnętrzna struktura czyni molekuły użytecznymi dla szerokiego zasięgu nowych eksperymentów i możliwych aplikacji.

Oczywiście złożoność sprawia, że cząsteczki są trudniejsze w precyzyjnym manipulowaniu niż atomy. Korzystanie laserów od chłodzenia cząsteczek jest obarczone własnym zestawem problemów. DeMille naukowiec z Yale University uważa, żę rozwiązanie da się odnaleźć. Pracował z kolegami Edwardem Shuman'em, Johnen' Barry, David'em Glenn'em aby wymyślić opłacalne metody laserowego chłodzenia cząsteczek. Ich pomysły i wstępne wyniki doświadczeń na ten temat można znaleźć w "Physical Review Letters": “Radiative Force from Optical Cycling on a Diatomic Molecule.”


Bez wątpienia najtrudniejszą częścią chłodzenia jest problem zastosowania siły, w kierunku przeciwnym do prędkości cząstek. Dla atomów dokonuje się tego wykorzystując efekt Dopplera. Regulując częstotliwość lasera, można zapewnić, że atom preferencyjnie absorbuje fotony przeciwne jego ruchowi. DeMille mówi: "Atom otrzymuje małe kopnięcie wzdłuż wiązki lasera z każdego fotonu a następnie emituje własne fotony w losowym kierunku. Po takim cyklu atom wraca do stanu pierwotnego, lecz jest lekko spowolniony. Wykonując taką czynność kilkadziesiąt tysięcy razy da się zwolnić atom wystarczająco aby złapać go w pułapkę i nim manipulować.

Sprawy z cząsteczkami stają się trudniejsze. Emisja fotonów z reguły wymusza na cząsteczce rotację lub wibracje przez co nie wracają do stanu początkowego po emisji fotonów. Częstotliwość lasera nie będzie już właściwa aby fotony mogły być absorbowane przez molekuły. Aby obejść ten problem zespół z Yale stworzył kilka pomysłów . Główny pomysł pojawił się w JILA, zwrócił uwagę na to, że niektóre rodzaje cząsteczek mogą unikać wibracji i rotacji, ale w tych cząsteczkach czas niezbędny do absorpcji będzie tak długo, że chłodzenie i spowalnianie nie byłoby skuteczne. Wykorzystując ten fakt połączono go z innymi wynikami badań dało naukowcom do myślenia.

Osttecznie wykorzystano monofluoryd strontu. Zespołowi z Yale udało się doświadczalnie wykazać, że wykorzystując te molekuły oraz dwie diody laserowe, które są niedrogie da się ugiąć wiązkę cząsteczek z wykorzystaniem dużej liczby "rzutów" fotonów lasera co jest ważnym krokiem na drodze chłodzenia laserem.

Naukowcy sugerują, że wykorzystując diody laserowe są w stanie na prawdę mocno chłodzić molekuły, nad czym teraz bardzo mocno pracują.

autor: Artur Kulikowski
physorg.com