التبريد بالليزر

📅 آخر تحديث: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٢ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
صورة لذرات الليثيوم المبردة بالليزر. تمثل البقعة الساطعة ما يقارب 7 مليارات ذرة ليثيوم تشتت ضوءًا بطول موجي 671  نانومتر، وهو الضوء المستخدم لتبريدها بالليزر إلى درجة حرارة بضع مئات من الميكروكلفن. يبلغ  قطر السحابة حوالي 5 مليمترات. يمكن رؤية نافذة نظام التفريغ، حيث يُحصر الليثيوم، بالإضافة إلى البصريات الداعمة، في مقدمة الصورة. بعد ذلك، تُبرد ذرات الليثيوم بالتبخير لتكوين مكثف بوز-أينشتاين .
ذرات الليثيوم المبردة بالليزر يتم تحميلها في مصيدة مغناطيسية بصرية من مبطئ زيمان

يشمل التبريد بالليزر عدة تقنيات تُستخدم لتبريد الذرات والجزيئات والأنظمة الميكانيكية الصغيرة باستخدام ضوء الليزر . غالبًا ما تُستخدم الطاقة الموجهة لليزر في تسخين المواد، كما في القطع بالليزر ، لذا قد يبدو من غير البديهي أن يؤدي التبريد بالليزر إلى درجات حرارة للعينات تقترب من الصفر المطلق . يُستخدم هذا الأسلوب بشكل روتيني في تجارب الفيزياء الذرية حيث تُعالج الذرات المبردة بالليزر وتُقاس. كما يُستخدم أيضًا في تقنيات أخرى، مثل بنى الحوسبة الكمومية القائمة على الذرات.

يُقلل التبريد بالليزر من الحركة الحرارية العشوائية للجسيمات أو الاهتزازات العشوائية للأنظمة الميكانيكية. بالنسبة للذرات والجزيئات، يُقلل هذا من انزياحات دوبلر في التحليل الطيفي، مما يسمح بإجراء قياسات عالية الدقة واستخدام أجهزة مثل الساعات الضوئية . كما يُتيح انخفاض الطاقة الحرارية تحميل الذرات والجزيئات بكفاءة في مصائد حيث يمكن استخدامها في التجارب أو الأجهزة القائمة على الذرات لفترات زمنية أطول.

يعتمد التبريد بالليزر على تغير الزخم عندما يمتص جسم ما، كالذرة مثلاً، فوتوناً (جسيم ضوئي) ثم يعيد إصداره. تُبرَّد الذرات في بُعد واحد إذا أُضيئت بزوج من أشعة الليزر المتعاكسة في الاتجاه، والتي تكون تردداتها (وطاقتها) أقل من تردد انتقال الذرات إلى حالة التبريد بالليزر. يمتص الضوء بشكل تفضيلي من شعاع الليزر المتعاكس في الاتجاه بالنسبة لحركة الذرة، وذلك بسبب تأثير دوبلر . ثم تعيد الذرة إصدار الضوء الممتص في اتجاه عشوائي. بعد تكرار هذه العملية، تقل الحركة العشوائية للذرات على طول محور التبريد بالليزر. باستخدام ثلاثة أزواج من أشعة الليزر المتعاكسة في الاتجاه على طول الاتجاهات المكانية الثلاثة، تُبرَّد سحابة دافئة من الذرات في ثلاثة أبعاد. تتمدد سحابة الذرات الباردة هذه ببطء أكبر بسبب انخفاض توزيع سرعة السحابة، وهو ما يتوافق مع انخفاض درجة الحرارة، وبالتالي ذرات أكثر برودة. [ 1 ] بالنسبة لمجموعة من الجسيمات، فإن درجة حرارتها الديناميكية الحرارية تتناسب مع التباين في سرعتها، وبالتالي كلما انخفض توزيع السرعات، انخفضت درجة حرارة الجسيمات.

تاريخ

ضغط الإشعاع

يدفع ضغط الإشعاع الشمسي الغازات والأيونات والغبار بعيدًا عن نواة المذنب في ذيلين متميزين. تُقذف جزيئات الغاز الأخف وزنًا مباشرةً بعيدًا عن الشمس، بينما تتبع جزيئات الغبار الأثقل مسارًا منحنيًا.

ضغط الإشعاع هو القوة التي يمارسها الإشعاع الكهرومغناطيسي على المادة. في عام 1873، نشر جيمس كلارك ماكسويل أطروحته عن الكهرومغناطيسية ، حيث تنبأ بضغط الإشعاع. [ 2 ] وقد تم إثبات هذه القوة تجريبياً لأول مرة على يد بيوتر ليبيديف ، وتم عرض نتائجه في المؤتمر الدولي للفيزياء خلال المعرض العالمي لعام 1900 في باريس، [ 3 ] ونُشرت لاحقاً بتفصيل أكبر في عام 1901. [ 4 ] بعد قياسات ليبيديف، أثبت إرنست فوكس نيكولز وغوردون فيري هول أيضاً قوة ضغط الإشعاع في عام 1901، [ 5 ] مع تقديم قياس مُحسَّن نُشر في عام 1903. [ 6 ] [ 7 ]

يمكن للضوء أن يحفز انتقالات ذرية (أو جزيئية) تُغير الحالة الداخلية للذرة وتمنحها دفعة زخم (ضغط إشعاعي). وتكون هذه الانتقالات قوية عندما يكون تردد الضوء قريبًا من تردد انتقال ذري أو جزيئي. وتُعد ذرة الصوديوم مثالًا بارزًا تاريخيًا نظرًا لانتقالها القوي عند 589  نانومتر، وهو طول موجي قريب من ذروة حساسية العين البشرية. وقد سهّل هذا الأمر نسبيًا رصد تفاعل الضوء مع ذرات الصوديوم. في عام 1933، قام أوتو فريش بتحويل مسار حزمة ذرية من ذرات الصوديوم باستخدام الضوء. [ 8 ] وكان هذا أول إدراك لتأثير الضغط الإشعاعي على الذرة أو الجزيء.

مقترحات التبريد بالليزر

كان إدخال الليزر في تجارب التحليل الطيفي الذري بمثابة مقدمة لمقترحات التبريد بالليزر في منتصف سبعينيات القرن العشرين. وقد طُرح التبريد بالليزر بشكل منفصل في عام 1975 من قبل مجموعتين بحثيتين مختلفتين: ثيودور دبليو. هانش وآرثر ليونارد شاولاو ، [ 9 ] وديفيد جيه. واينلاند وهانز جورج ديهملت . [ 10 ] وقد حدد كلا المقترحين أبسط عملية تبريد بالليزر، والمعروفة باسم تبريد دوبلر ، حيث يتم امتصاص ضوء الليزر المضبوط على تردد أقل من تردد رنين الذرة بشكل تفضيلي بواسطة الذرات المتحركة نحو الليزر، وبعد الامتصاص ينبعث فوتون في اتجاه عشوائي.

في عام 1977، قدّم آرثر أشكن ورقة بحثية تصف كيفية استخدام تبريد دوبلر لتوفير التخميد اللازم لتحميل الذرات في مصيدة ضوئية. [ 11 ] وقد أكّد في هذا العمل على إمكانية إجراء قياسات طيفية طويلة الأمد، مما يزيد من دقة النتائج. كما ناقش استخدام المصائد الضوئية المتداخلة لدراسة التفاعلات بين الذرات المختلفة.

النتائج الأولية للتبريد بالليزر

في أعقاب مقترحات التبريد بالليزر، نجح فريقان بحثيان عام 1978، أحدهما بقيادة واينلاند وروبرت درولينجر وفريد ​​وولس من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST)، والآخر بقيادة فيرنر نويهاوزر ومارتن هوهنشتات وبيتر إي. توشيك وديهملت من جامعة واشنطن، في تبريد الذرات بالليزر. كان دافع فريق المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا هو تقليل تأثير اتساع دوبلر على التحليل الطيفي، حيث قاموا بتبريد أيونات المغنيسيوم في مصيدة بينينج إلى أقل من 40  كلفن. أما فريق جامعة واشنطن، فقد قام بتبريد أيونات الباريوم.

تم تحقيق أول تبريد بالليزر للذرات المتعادلة باستخدام الصوديوم بواسطة فيكتور باليكين ، وفلاديلين ليتوخوف ، وفلاديمير مينوجين في معهد التحليل الطيفي التابع للأكاديمية الروسية للعلوم في موسكو عام 1981. [ 12 ]

التطورات الحديثة

الذرات

العدد التراكمي للأنظمة الذرية الفريدة، بما في ذلك حالات التأين المختلفة، (باللون الأحمر) والنظائر الفريدة (باللون الأزرق) التي تم تبريدها بالليزر مقابل السنة.

يبلغ حد تبريد دوبلر لانتقالات ثنائي القطب الكهربائي عادةً مئات الميكروكلفن. في ثمانينيات القرن الماضي، كان يُنظر إلى هذا الحد على أنه أدنى درجة حرارة يمكن الوصول إليها. ولذلك، كان من المفاجئ تبريد ذرات الصوديوم إلى 43  ميكروكلفن، بينما يبلغ حد تبريد دوبلر لها 240  ميكروكلفن [ 13 ]. وقد فُسِّرت هذه الدرجة المنخفضة غير المتوقعة من خلال دراسة تفاعل ضوء الليزر المستقطب مع حالات وانتقالات ذرية أكثر. وخلصت الدراسة إلى أن المفاهيم السابقة لتبريد الليزر كانت مبسطة للغاية [ 14 ] . وكانت هذه النتائج جزءًا رئيسيًا من جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1997 ، والتي مُنحت لكلود كوهين-تانوجي ، وستيفن تشو ، وويليام دانيال فيليبس "لتطويرهم طرقًا لتبريد الذرات وحصرها باستخدام ضوء الليزر" [ 15 ] .

أدت الإنجازات الكبيرة في مجال التبريد بالليزر خلال سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي إلى تحسينات عديدة في التقنيات الموجودة مسبقًا، واكتشافات جديدة عند درجات حرارة أعلى بقليل من الصفر المطلق . استُخدمت عمليات التبريد لزيادة دقة الساعات الذرية وتحسين القياسات الطيفية، وأسفرت عن رصد حالة جديدة للمادة عند درجات حرارة فائقة البرودة. [ 16 ] [ 14 ] وقد رُصدت هذه الحالة الجديدة للمادة، وهي مكثف بوز-أينشتاين ، عام 1995 على يد إريك كورنيل ، وكارل ويمَن ، وولفغانغ كيترلي . [ 17 ]

الذرات الغريبة

تُقرّب معظم تجارب التبريد بالليزر الذرات من حالة السكون في الإطار المختبري، ولكن تم أيضًا تحقيق تبريد الذرات النسبية (عن طريق تضييق نطاق توزيع سرعتها). في عام 1990، قام فريق في جامعة يوهانس غوتنبرغ بتبريد حزمة من أيونات الليثيوم -7 باستخدام الليزر في حلقة تخزين منمن 260  كلفن إلى أقل من 3 كلفن باستخدام ليزرين متضادين في الاتجاه يعالجان نفس الانتقال، ولكن عند514.5  نانومتر و584.8  نانومتر للتعويض عن انزياح دوبلر الكبير . [ 18 ]

كما تم إثبات تبريد المادة المضادة بالليزر، لأول مرة في عام 2021 من قبل تعاون ALPHA على ذرات الهيدروجين المضاد. [ 19 ] وفي عام 2024، تم تبريد البوزيترونيوم ، المكون من إلكترون وبوزيترون، بالليزر إلى حوالي 1 كلفن. [ 20 ]

الجزيئات

رسم بياني يوضح العدد المتزايد للجزيئات المبردة بالليزر كدالة للسنة.
جزيئات مبردة مباشرة بالليزر.

يُعدّ تبريد الجزيئات بالليزر أكثر صعوبةً بكثير من تبريد الذرات، وذلك لأن الجزيئات تمتلك درجات حرية اهتزازية ودورانية. وتؤدي هذه الدرجات الإضافية من الحرية إلى زيادة مستويات الطاقة التي يمكن ملؤها من خلال اضمحلال الحالة المثارة، مما يتطلب عددًا أكبر من الليزرات مقارنةً بالذرات لمعالجة بنية المستويات الأكثر تعقيدًا. ويُعدّ الاضمحلال الاهتزازي تحديًا خاصًا لعدم وجود قواعد تناظر تُقيّد الحالات الاهتزازية التي يمكن ملؤها.

في عام 2010، نجح فريق في جامعة ييل بقيادة ديف ديميل في تبريد جزيء ثنائي الذرة باستخدام الليزر . [ 21 ] وفي عام 2016، نجح فريق في معهد ماكس بلانك لفيزياء الطاقة في تبريد الفورمالديهايد إلى420  ميكروكلفن باستخدام التبريد الكهروضوئي سيزيف. [ 22 ] في عام 2022، نجح فريق في جامعة هارفارد في تبريد هيدروكسيد الكالسيوم وحصره باستخدام الليزر.720(40)  ميكروكلفن في مصيدة مغناطيسية بصرية . [ 23 ]

الأنظمة الميكانيكية

ابتداءً من العقد الأول من الألفية الثانية، طُبقت تقنية التبريد بالليزر على أنظمة ميكانيكية صغيرة ، بدءًا من النوابض الصغيرة وصولًا إلى المرايا المستخدمة في مرصد ليغو . تُوصل هذه الأجهزة بركيزة أكبر، كغشاء ميكانيكي مُثبت على إطار، أو تُوضع في مصائد ضوئية؛ وفي كلتا الحالتين، يكون النظام الميكانيكي عبارة عن مذبذب توافقي. يُقلل التبريد بالليزر من الاهتزازات العشوائية للمذبذب الميكانيكي، مُزيلًا بذلك الفونونات الحرارية من النظام.

في عام 2007، نجح فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تبريد جسم كبير الحجم (1  غرام) باستخدام الليزر إلى  درجة حرارة 0.8 كلفن. [ 24 ] وفي عام 2011، أصبح فريق من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة فيينا أول من قام بتبريد جسم ميكانيكي (10  ميكرومتر × 1  ميكرومتر) باستخدام الليزر إلى حالته الكمومية الأرضية. [ 25 ]

طُرق

إن أول إدراك للتبريد بالليزر وأكثر الطرق انتشارًا لتبريد الذرات والجزيئات (لدرجة أنه غالبًا ما يشار إليه ببساطة باسم "التبريد بالليزر") هو تبريد دوبلر .

تبريد دوبلر

يُعدّ التبريد الدوبلري الطريقة الأكثر شيوعًا للتبريد بالليزر. يُستخدم لتبريد الغازات منخفضة الكثافة إلى حد التبريد الدوبلري ، والذي يبلغ حوالي 150 ميكروكلفن بالنسبة للروبيديوم (وهو عنصر شائع في مجال الفيزياء الذرية) . غالبًا ما يُدمج مع تدرج المجال المغناطيسي لإنشاء مصيدة مغناطيسية بصرية . 

في تبريد دوبلر، يُضبط تردد الضوء مبدئيًا على تردد أقل بقليل من تردد انتقال إلكتروني في الذرة . ولأن الضوء يُضبط على التردد "الأحمر" (أي  عند تردد أقل) للانتقال، فإن الذرات تمتص عددًا أكبر من الفوتونات إذا تحركت نحو مصدر الضوء، وذلك بسبب تأثير دوبلر . وبالتالي، إذا سُلِّط الضوء من اتجاهين متعاكسين، فإن الذرات ستشتت دائمًا عددًا أكبر من الفوتونات من شعاع الليزر الموجه عكس اتجاه حركتها. في كل عملية تشتت، تفقد الذرة زخمًا مساويًا لزخم الفوتون. إذا انبعث فوتون تلقائيًا من الذرة، وهي الآن في حالة إثارة، فإنها ستُدفع بنفس مقدار الزخم، ولكن في اتجاه عشوائي. بما أن التغير الأولي في الزخم هو فقدان محض (معاكس لاتجاه الحركة)، بينما التغير اللاحق عشوائي، فإن النتيجة المحتملة لعملية الامتصاص والانبعاث هي تقليل زخم الذرة، وبالتالي سرعتها - بشرط أن تكون سرعتها الأولية أكبر من سرعة الارتداد الناتجة عن تشتت فوتون واحد. إذا تكررت عمليتا الامتصاص والانبعاث مرات عديدة، فإن متوسط ​​سرعة الذرة، وبالتالي طاقتها الحركية ، سينخفض. وبما أن درجة حرارة مجموعة من الذرات هي مقياس لمتوسط ​​طاقتها الحركية الداخلية العشوائية، فإن هذا يُعادل تبريد الذرات.

عندما يتم تبريد الذرات بتقنية دوبلر في ثلاثة أبعاد، تقليديًا بواسطة 6 أشعة ليزر حمراء منحرفة في اتجاه معاكس، يُطلق على هذا اسم " الدبس البصري" لأن الذرات تتحرك ببطء، كما لو كانت تتحرك عبر الدبس.

التبريد دون مستوى دوبلر

بعد التبريد الدوبلري، يُفيد غالبًا تبريد الذرات (أو الجزيئات) إلى ما دون حد دوبلر. ويتم ذلك باستخدام تقنيات تبريد دون دوبلر متنوعة. وتختلف تقنيات التبريد دون دوبلر باختلاف البنية الذرية. فعلى سبيل المثال، يُستخدم دبس السكر الرمادي مع الليثيوم والبوتاسيوم نظرًا لوجود بنية فائقة الدقة غير قابلة للحل في حالاتهما المثارة، حيث لا يُجدي التبريد بتدرج الاستقطاب نفعًا.

تشمل طرق التبريد دون مستوى دوبلر ما يلي:

طرق أخرى

تشمل طرق التبريد بالليزر الأخرى ما يلي:

التطبيقات

يُعدّ التبريد بالليزر تقنية شائعة في مجال الفيزياء الذرية. ويُوفّر تقليل الحركة العشوائية للذرات فوائد عديدة، منها القدرة على حصر الذرات باستخدام المجالات الضوئية أو المغناطيسية. كما تُقلّل القياسات الطيفية لعينة ذرية باردة من الأخطاء المنهجية الناتجة عن الحركة الحرارية.

غالبًا ما تُستخدم تقنيات تبريد ليزرية متعددة في تجربة واحدة لتحضير عينة باردة من الذرات، والتي تُعالج وتُقاس لاحقًا. في تجربة نموذجية، يُولّد بخار من ذرات السترونتيوم في فرن ساخن، ثم تخرج الذرات من الفرن على شكل حزمة ذرية. بعد خروجها من الفرن، تُبرّد الذرات بتقنية دوبلر في بُعدين متعامدين مع حركتها لتقليل فقدان الذرات نتيجة تباعد الحزمة الذرية. بعد ذلك، تُبطأ الحزمة الذرية وتُبرّد باستخدام مُبطئ زيمان لتحسين كفاءة تحميل الذرات في مصيدة مغناطيسية بصرية (MOT)، حيث تُبرّد الذرات بتقنية دوبلر، وتعمل المصيدة على الانتقال الإلكتروني 1S₀ → 1P₁ باستخدام ليزر بطول موجي 461 نانومتر .  تنتقل المصيدة المغناطيسية البصرية من استخدام ضوء بطول موجي 461  نانومتر إلى استخدام ضوء بطول موجي 689 نانومتر  لتحفيز الانتقال الإلكتروني 1S₀ → 3P₁ ، وهو انتقال ضيق، وذلك للحصول على ذرات أكثر برودة . ثم يتم نقل الذرات إلى مصيدة ثنائية القطب بصرية حيث يؤدي التبريد التبخيري إلى وصولها إلى درجات حرارة يمكن عندها تحميلها بشكل فعال في شبكة بصرية.

يُعدّ التبريد بالليزر ذا أهمية بالغة في جهود الحوسبة الكمومية القائمة على الذرات المتعادلة والأيونات الذرية المحصورة. في مصيدة الأيونات ، يُقلّل تبريد دوبلر من الحركة العشوائية للأيونات، مما يُتيح لها تكوين بنية بلورية مُنتظمة داخل المصيدة. بعد تبريد دوبلر، تُبرّد الأيونات عادةً إلى حالتها الحركية الأساسية للحدّ من فقدان الترابط الكمومي أثناء البوابات الكمومية بين الأيونات.

معدات

يتطلب تبريد الذرات بالليزر معدات علمية تُشكل عند تجميعها جهازًا لتبريد الذرات. يتكون هذا الجهاز من جزأين: حجرة مفرغة تحتوي على الذرات المبردة بالليزر، وأنظمة الليزر المستخدمة في التبريد، بالإضافة إلى تحضير ومعالجة الحالات الذرية وكشف الذرات. يتطلب تبريد الجزيئات بالليزر عمومًا عددًا أكبر من الليزرات والمعدلات البصرية (مثل الكهروضوئية والصوتية الضوئية) لمعالجة التركيب الجزيئي الأكثر تعقيدًا. تحتاج الأنظمة الميكانيكية أيضًا إلى نظام تفريغ لأن التخميد الناتج عن الغازات المحيطة يُوازنها بسرعة مع درجة حرارة الغاز. عادةً ما تحتاج الأنظمة الميكانيكية إلى ليزر واحد فقط، يُختار بناءً على موثوقيته وزمن تماسك إشعاعه، مثل ليزر Nd:YAG أو ليزر الألياف ، نظرًا لأن الأجهزة الميكانيكية عاكسة عبر نطاق واسع جدًا من الأطوال الموجية.

أنظمة التفريغ

غرفة تفريغ لمصيدة مغناطيسية بصرية من الروبيديوم. المسافة بين ثقوب لوحة التجارب هي بوصة واحدة. توجد الخلية الزجاجية التي تُحصر فيها الذرات على اليسار. تُوضع هذه الخلية بين ملفات المجال المغناطيسي، وتُوجّه الذرات بواسطة 6 حزم ضوئية متعاكسة الانتشار لتحقيق المصيدة المغناطيسية البصرية.

لكي يتم تبريد الذرات بالليزر، يجب ألا تصطدم بجزيئات الغاز المحيط بها عند درجة حرارة الغرفة. فمثل هذه التصادمات ستؤدي إلى تسخين الذرات بشكل كبير، وإخراجها من مصائدها الضعيفة. تتطلب معدلات التصادم المقبولة لأجهزة الذرات الباردة عادةً ضغوط فراغ تصل إلى 10⁻⁹ تور ، وفي كثير من الأحيان تكون هناك حاجة إلى ضغوط أقل بمئات أو حتى آلاف المرات. ولتحقيق هذه الضغوط المنخفضة، يلزم وجود غرفة فراغ. تحتوي غرفة الفراغ عادةً على نوافذ تسمح بتوجيه أشعة الليزر إلى الذرات (مثلاً للتبريد بالليزر) ورصد الضوء المنبعث منها أو امتصاصها للضوء. كما تتطلب غرفة الفراغ مصدرًا ذريًا للذرة (أو الذرات) المراد تبريدها بالليزر. يُسخّن المصدر الذري عادةً لإنتاج ذرات حرارية يمكن تبريدها بالليزر. في تجارب حصر الأيونات، يجب أن يحتوي نظام الفراغ أيضًا على مصيدة الأيونات، مع توفير التوصيلات الكهربائية المناسبة لها.

تستخدم أنظمة الذرات المتعادلة في كثير من الأحيان مصيدة مغناطيسية بصرية (MOT) كإحدى المراحل المبكرة في تجميع الذرات وتبريدها. في المصيدة المغناطيسية البصرية، توضع ملفات المجال المغناطيسي عادةً خارج حجرة التفريغ لتوليد تدرجات المجال المغناطيسي للمصيدة.

الليزر

يعتمد نوع الليزر المطلوب لأجهزة تبريد الذرات بشكل كامل على نوع الذرة المختارة. لكل ذرة انتقالات إلكترونية فريدة بأطوال موجية مميزة للغاية، يجب تحفيزها لتبريد الذرة بالليزر. الروبيديوم، على سبيل المثال، ذرة شائعة الاستخدام، ويتطلب تبريدها تحفيز انتقالين إلكترونيين باستخدام ضوء ليزر بطول موجي 780 نانومتر، يفصل بينهما بضعة جيجاهرتز. يمكن توليد ضوء الروبيديوم من ليزر إشارة بطول موجي 780 نانومتر ومعدِّل كهروضوئي . عادةً ما تُستخدم عشرات الميلي واط (وأحيانًا مئات الميلي واط لتبريد عدد أكبر من الذرات) لتبريد الذرات المتعادلة. أما الأيونات المحصورة، فتتطلب طاقة ضوئية بالميكرو واط، نظرًا لأنها عادةً ما تكون محصورة بإحكام، ويمكن تركيز ضوء الليزر على بقعة صغيرة. أيون السترونتيوم، على سبيل المثال، يتطلب ضوءًا بطول موجي 422 نانومتر و1092 نانومتر لتبريده بتقنية دوبلر. نظراً لصغر انزياحات دوبلر المصاحبة للتبريد بالليزر، فإنّ استخدام ليزرات ضيقة النطاق للغاية، بترددات تصل إلى بضعة ميغاهرتز، ضروريٌّ لهذا الغرض. وعادةً ما تُثبَّت هذه الليزرات على خلايا مرجعية طيفية، أو تجاويف بصرية، أو أحياناً على مقاييس الموجات، بحيث يمكن ضبط ضوء الليزر بدقة بالنسبة للانتقالات الذرية.

أشعة الليزر المستخدمة لتبريد واحتجاز واستجواب ذرات الإيتربيوم في ساعة شبكية بصرية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ فيليبس، ويليام د. (1998). "محاضرة نوبل: التبريد بالليزر واحتجاز الذرات المتعادلة" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 70 (3): 721-741 . Bibcode : 1998RvMP...70..721P . doi : 10.1103/revmodphys.70.721 .
  2. ↑ ماكسويل، جيه سي (1873). رسالة في الكهرباء والمغناطيسية، الجزء الثاني (الطبعة الأولى ). أكسفورد. ص 391.  {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  3. ^ ليبيديو، بيوتر (1900). قوى ماكسويل-بارتولي بسبب ضغط الضوء (PDF) . التقارير المقدمة إلى المؤتمر الدولي للفيزياء (باللغة الفرنسية). المجلد. 2. باريس. ص. 133.  
  4. ^ ليبيديو، ص. (1901). "Unter suchungen über die Druckkräfte des Lichtes" . أنالين دير فيزيك (في المانيا). 311 (11): 433– 458. بيب كود : 1901AnP...311..433L . دوى : 10.1002/andp.19013111102 .
  5. ↑ نيكولز، إي إف ؛ هول، جي إف (1901). "مقال تمهيدي حول ضغط الحرارة والإشعاع الضوئي" . مجلة Physical Review . السلسلة الأولى . 13 (5): 307-320 . Bibcode : 1901PhRvI..13..307N . doi : 10.1103/PhysRevSeriesI.13.307 .
  6. ↑ نيكولز، إي إف ؛ هول، جي إف (1903). "الضغط الناتج عن الإشعاع. (الورقة البحثية الثانية)" . مجلة Physical Review . 17 (1): 26-50 . Bibcode : 1903PhRvI..17...26N . doi : 10.1103/PhysRevSeriesI.17.26 .
  7. ↑ نيكولز، إي إف ؛ هول، جي إف (1903). "الضغط الناتج عن الإشعاع. (الورقة البحثية الثانية)" . مجلة Physical Review . 17 (2): 91-104 . Bibcode : 1903PhRvI..17...91N . doi : 10.1103/PhysRevSeriesI.17.91 .
  8. ^ فريش، ر. (1933). "المجرب Nachweis des Einsteinschen Strahlungsrückstoßes" . Zeitschrift für Physik (باللغة الألمانية). 86 ( 1– 2): 42– 48. بيب كود : 1933ZPhy...86...42F . دوى : 10.1007/BF01340182 . S2CID 123038196 . 
  9. ↑ هانش، تي دبليو ؛ شاولاو، إيه إل (يناير 1975). "تبريد الغازات بواسطة إشعاع الليزر" . اتصالات البصريات . 13 (1): 68-69 . Bibcode : 1975OptCo..13...68H . doi : 10.1016/0030-4018(75)90159-5 .
  10. ↑ وينلاند، ديفيد ؛ ديهملت، هانز (1 يناير 1975). "اقتراح مطيافية التألق الليزري 10 14 ∆ ν < ν على مذبذب الأيون الأحادي T1 + III". نشرة الجمعية الفيزيائية الأمريكية . 20 (4): 637.
  11. ↑ أشكين، أ. (20 مارس 1978). "احتجاز الذرات بواسطة ضغط إشعاع الرنين". رسائل المراجعة الفيزيائية . 40 (12): 729-732 . Bibcode : 1978PhRvL..40..729A . doi : 10.1103/PhysRevLett.40.729 .
  12. ↑ أندرييف، إس في؛ باليكين، في آي؛ ليتوخوف، في إس؛ مينوجين، في جي (مايو 1982). "التباطؤ الإشعاعي وتوحيد لون حزمة من ذرات الصوديوم في حزمة ليزر معاكسة الانتشار". رسائل JETP . 82 : 1429-1441 .
  13. ↑ بول د. ليت؛ ريتشارد ن. واتس؛ كريستوف آي. ويستبروك؛ ويليام د. فيليبس؛ أ. وينيكي؛ فيليب ل. غولد؛ هارولد ج. ميتكالف (1988). " ملاحظة الذرات المبردة بالليزر إلى ما دون حد دوبلر" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 61 (2): 169-172 . Bibcode : 1988PhRvL..61..169L . doi : 10.1103/PhysRevLett.61.169 . PMID 10039050. S2CID 8479501 .  
  14. 1 2 باردي، جيسون سقراط (2008-04-02). "التركيز: معالم بارزة: تبريد الذرات بالليزر" . الفيزياء . 21 : 11. doi : 10.1103/physrevfocus.21.11 .
  15. ↑ «جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1997» . مؤسسة نوبل. مؤرشف من الأصل في 7 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه في 9 أكتوبر 2008 .
  16. ↑ آدامز، تشارلز س.؛ ريس، إيرلينغ. "التبريد الليزري ومعالجة الجسيمات المتعادلة" (ملف PDF) . البصريات الجديدة . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 15 نوفمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 مايو 2017 .
  17. ↑ تشين، تشنغ (1 يونيو 2016). "الغازات الذرية فائقة البرودة تزداد قوة" . مجلة العلوم الوطنية . 3 (2): 168-170 . doi : 10.1093/nsr/nwv073 .
  18. ^ شرودر، إس. كلاين، ر. بوس، ن.؛ جيرهارد، م. جريسر، ر. هوبر، G.؛ كارافيليديس، أ؛ كريج، م. شميت، ن.؛ كول، T .؛ نيومان، ر.؛ باليكين، V.؛ جريسر، م. هابس، د.؛ جايشكي، إي. كريمر، د.؛ كريستنسن، م. الموسيقى، م. بيتريش، دبليو؛ شوالم، د.؛ سيغراي، ب. ستيك، م.؛ وانر، ب. وولف أ. (11 يونيو 1990). “أول تبريد بالليزر للأيونات النسبية في حلقة تخزين”. رسائل المراجعة البدنية . 64 (24): 2901– 2904. بيب كود : 1990PhRvL..64.2901S . doi : 10.1103/PhysRevLett.64.2901 . PMID 10041842 . 
  19. ^ بيكر، سي جيه. بيرتشي، دبليو؛ كابرا، أ.؛ كاروث، C .؛ سيزار، CL؛ تشارلتون، م. كريستنسن، أ.؛ كوليستر، ر. ماثاد، أ. كريدلاند؛ إريكسون، س. إيفانز، أ. إيفيتس، ن.؛ فاجانس، J.؛ فريسين، T.؛ فوجيوارا، MC؛ جيل، د. غرانديمانج، ص. غرانوم، P.؛ هانجست، شبيبة. هاردي، ون. هايدن، أنا؛ هودجكينسون، د.؛ هنتر، إي. إسحاق، كاليفورنيا؛ جونسون، MA؛ جونز، JM. جونز، سا. جونسيل، س. خراموف، أ.؛ كناب، P.؛ كورشانينوف، L.؛ مادسن، ن.؛ ماكسويل، د.؛ ماكينا، جتك؛ ميناري، س. ميشان، JM. موموس، T.؛ مولان، ملاحظة؛ ميونيخ، JJ. أولتشانسكي، ك. أولين، أ.؛ بيسزكا، J .؛ باول، أ.؛ بوسا، ص. راسموسن، C. Ø؛ روبيشو، ف. سكرامنتو، RL؛ سميد، م.؛ ساريد، E.؛ سيلفيرا، مارك ألماني؛ ستاركو، مارك ألماني؛ لذلك، ج. تلعثم، G.؛ ثارب، تد؛ ثيبولت، أ. طومسون، رود آيلاند؛ فان دير ويرف، DP؛ Wurtele, JS (أبريل 2021). "التبريد بالليزر لذرات الهيدروجين المضاد" . طبيعة . 592 (7852): 35– 42. بيب كود : 2021Natur.592...35B . دوى : 10.1038/s41586-021-03289-6 . PMC 8012212 . PMID 33790445 .  
  20. ↑ شو، ك.؛ تاجيما، ي.؛ أوزومي، ر.؛ مياموتو، ن.؛ شيرايشي، س.؛ كوباياشي، ت.؛ إيشيدا، أ.؛ يامادا، ك.؛ جلادن، ر.و.؛ نامبا، ت.؛ أساي، س.؛ وادا، ك.؛ موتشيزوكي، إ.؛ هيودو، ت.؛ إيتو، ك.؛ ميتشيشيو، ك.؛ أورورك، ب.إ.؛ أوشيما، ن.؛ يوشيوكا، ك. (سبتمبر 2024). "تبريد البوزيترونيوم إلى سرعات منخفضة للغاية باستخدام سلسلة نبضات ليزرية متغيرة التردد" . مجلة نيتشر . 633 (8031): 793-797 . arXiv : 2310.08761 . Bibcode : 2024Natur.633..793S . doi : 10.1038/ s41586-024-07912-0 . PMC 11424484. PMID 39261730 .  
  21. ↑ إي إس شومان؛ جيه إف باري؛ دي ديميل (2010). "التبريد بالليزر لجزيء ثنائي الذرة". نيتشر . 467 (7317): 820-823 . arXiv : 1103.6004 . Bibcode : 2010Natur.467..820S . doi : 10.1038/ nature09443 . PMID 20852614. S2CID 4430586 .  
  22. ↑ برين، ألكسندر؛ إيبروجر، مارتن؛ غلوكنر، روزا؛ ريمبي، غيرهارد؛ زيبنفيلد، مارتن (10 فبراير 2016). "التبريد الكهروضوئي للجزيئات القطبية إلى درجات حرارة دون الميلي كلفن" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 116 (6) 063005. arXiv : 1511.09427 . Bibcode : 2016PhRvL.116f3005P . doi : 10.1103/PhysRevLett.116.063005 . PMID 26918988. تم الاسترجاع في 10 يناير 2024 . 
  23. ↑ NB Vilas؛ C. Hallas؛ L. Anderegg؛ P. Robichaud؛ A. Winnicki؛ D. Mitra؛ JM Doyle (2022). "الاحتجاز المغناطيسي البصري والتبريد دون الدوبلري لجزيء متعدد الذرات". Nature . 606 ( 7912): 70–74 . arXiv : 2112.08349v1 . Bibcode : 2022Natur.606...70V . doi : 10.1038/s41586-022-04620-5 . PMID 35650357. S2CID 245144894 .  
  24. ↑ "التبريد بالليزر يُقرّب جسماً كبيراً من الصفر المطلق" . ساينس ديلي .
  25. ↑ "فريق من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا يستخدم ضوء الليزر لتبريد جسم إلى الحالة الكمومية الأرضية" . Caltech.edu . 5 أكتوبر 2011. تم الاطلاع عليه في 27 يونيو 2013 .
  26. ↑ تبريد وحصر الذرات المتعادلة بالليزر: محاضرة نوبل التي ألقاها ويليام د. فيليبس ، 8 ديسمبر 1997: فيليبس، ويليام د. (1998). "محاضرة نوبل: تبريد وحصر الذرات المتعادلة بالليزر" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 70 (3): 721-741 . Bibcode : 1998RvMP...70..721P . doi : 10.1103/RevModPhys.70.721 .
  27. ↑ أ. أسبكت؛ إ. أريموندو؛ ر. كايزر؛ ن. فانستينكيست؛ س. كوهين-تانوجي (1988). "التبريد بالليزر دون طاقة ارتداد الفوتون الواحد عن طريق حصر التعداد المتماسك الانتقائي للسرعة" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 61 (7): 826-829 . Bibcode : 1988PhRvL..61..826A . doi : 10.1103/PhysRevLett.61.826 . PMID 10039440 . 
  28. ↑ هالر، إلمار؛ هدسون، جيمس؛ كيلي، أندرو؛ كوتا، ديلان أ.؛ بيوديسيرف، برونو؛ بروس، غراهام د.؛ كوهور، ستيفان (2015). "التصوير الذري المفرد للفيرميونات في مجهر الغاز الكمومي". مجلة نيتشر فيزيكس . 11 (9): 738-742 . arXiv : 1503.02005 . Bibcode : 2015NatPh..11..738H . doi : 10.1038/nphys3403 . S2CID 51991496 . 
  29. ↑ بيتر هوراك؛ جيرالد هيشنبلايكنر؛ كلاوس م. غيري؛ هيرفيغ ستيتشر؛ هيلموت ريتش (1988). "تبريد الذرات الناتج عن التجويف في نظام الاقتران القوي". رسائل المراجعة الفيزيائية . 79 (25): 4974-4977 . Bibcode : 1997PhRvL..79.4974H . doi : 10.1103/PhysRevLett.79.4974 .

مصادر إضافية