b'\n_START_ARTICLE_\nLasersko hlajenje\n_START_SECTION_\nDopplersko hlajenje\n_START_PARAGRAPH_\nDopplersko hlajenje, po navadi v kombinaciji z magnetno pastjo (ki skupaj tvorita magneto-opti\xc4\x8dno past - MOT), je najpogostej\xc5\xa1a metoda laserskega hlajenja. Z njo je mogo\xc4\x8de hladiti do Dopplerjeve limite hlajenja. Za rubidij 85 je ta 150 mikro kelvinov._NEWLINE_Pri Dopplerskem hlajenju se uporablja laserska svetloba z nekoliko ni\xc5\xbejo frekvenco, kot je frekvenca elektronskega prehoda v atomu. ZaradiDopplerjevega pojava atomi z ve\xc4\x8djo verjetnostjo absorbirajo fotone, \xc4\x8de se gibljejo proti laserskemu \xc5\xbearku. Kadar na atome svetita dva \xc5\xbearka iz nasprotnih smeri, atomi zato absorbirajo ve\xc4\x8d fotonov iz \xc5\xbearka, proti katerem se gibljejo. Pri vsaki absorpciji atom sprejme gibalno koli\xc4\x8dino fotona. \xc4\x8ce se foton giblje v nasprotni smeri kot atom, absorpcija fotona zni\xc5\xbea gibalno koli\xc4\x8dino atoma. Po sprejetju fotona je atom v vzbujenem stanju. Iz vzbujenega stanja atom pade nazaj v ni\xc5\xbeje stanje in pri tem odda foton v naklju\xc4\x8dni smeri. Atom tedaj prejme sunek sile, enak gibalni koli\xc4\x8dini, ki jo je prejel pri absorpciji fotona. Ker prvi del interakcije vedno zmanj\xc5\xa1a gibalno koli\xc4\x8dino atoma, drugi pa jo spremeni v naklju\xc4\x8dni smeri, se z vsakim takim trkom atoma s fotonom atomu zmanj\xc5\xa1a gibalna koli\xc4\x8dina in z njo hitrost. Po mnogih trkih se povpre\xc4\x8dna hitrost atomov zmanj\xc5\xa1a in s tem tudi njihova energija. Ker je temperatura ansambla povezana s kineti\xc4\x8dno energijo atomov, upo\xc4\x8dasnjevanje atome ohladi.\n_START_SECTION_\nZeemanov upo\xc4\x8dasnjevalnik\n_START_PARAGRAPH_\nZeemanov upo\xc4\x8dasnjevalnik je naprava, ki z uporabo Dopplerjevega hlajenja upo\xc4\x8dasni in ohladi curek atomov s sobne temperature na le nekaj kelvinov. To ustreza za\xc4\x8detnim hitrostim reda nekaj 100 m/s in kon\xc4\x8dnim hitrostim nekaj 10 m/s. Zeemanov upo\xc4\x8dasnjevalnik sta razvila William D. Phillips in Harold J. Metcalf. Za ta dose\xc5\xbeek je bila podeljena Nobelova nagrada za fiziko leta 1997. \xc5\xbdarek atomov se tipi\xc4\x8dno ustvari z atomsko pe\xc4\x8dico, ki izvor atomov segreva na temperaturo okoli 100\xc2\xb0C. Uparjeni atomi izhajajo skozi majhno odprtino in potujejo po cevi. Celoten sistem je v mo\xc4\x8dnem vakuumu._NEWLINE_Pri ohlajanju atomskega curka z nasproti usmerjenim laserskim \xc5\xbearkom se hitro pojavi te\xc5\xbeava. Frekvenca svetlobe se mora ujemati s frekvenco elektronskega prehoda atomov. Ko se atomi upo\xc4\x8dasnjujejo, se jim zaradi Dopplerjevega pojava spreminja resonan\xc4\x8dna frekvenca. Odmik od resonance se bo torej ve\xc4\x8dal z razdaljo od izvora. Hlajenje bo v za\xc4\x8detnem delu Zeemanovega upo\xc4\x8dasnjevalnika delovalo dobro, potem pa vedno slab\xc5\xa1e. Pri Zeemanovem upo\xc4\x8dasnjevalniku se to uravnovesi z uporabo Zeemanovega pojava. Homogeno magnetno polje povzro\xc4\x8di razcep energijskih nivojev atoma, ki je sorazmeren z jakostjo polja. Ta pojav omogo\xc4\x8da natan\xc4\x8dno nastavljanje frekvence prehoda s pomo\xc4\x8djo magnetnega polja. V Zeemanovem upo\xc4\x8dasnjevalniku je okoli cevi, po kateri potujejo atomi in sveti laserski \xc5\xbearek, navita posebno oblikovana tuljava, katere magnetno polje se spreminja vzdol\xc5\xbe poteka atomskega curka. Na ta na\xc4\x8din je poskrbljeno, da je svetloba resonan\xc4\x8dna na celotni poti atomov.\n_START_SECTION_\nMagneto-opti\xc4\x8dna past (MOT)\n_START_PARAGRAPH_\nPri tipi\xc4\x8dnem postopku hlajenja atomov do ultra nizkih temperatur se atome najprej upo\xc4\x8dasni in ohladi z Zeemanovim upo\xc4\x8dasnjevalnikom. Upo\xc4\x8dasnjene atome pri temperaturi nekaj kelvinov se nato usmeri v vakuumsko komoro z magneto-opti\xc4\x8dno pastjo, ki atome dodatno ohladi in ujame v past. MOT lahko dose\xc5\xbee temperature reda nekaj mikrokelvinov in pogosto ulovi ve\xc4\x8d sto milijonov atomov, ki lahko v pasti pre\xc5\xbeivijo tudi ve\xc4\x8d minut._NEWLINE_MOT se da razumeti kot raz\xc5\xa1iritev koncepta Zeemanovega upo\xc4\x8dasnjevalnika na tri dimenzije. Po navadi je sestavljena iz treh med sabo pravokotnih laserskih \xc5\xbearkov, ki se sekajo v centru pasti. Vsak \xc5\xbearek je usmerjen v zrcalo, ki ga odbije nazaj po isti poti. Atom, ki se giblje v obmo\xc4\x8dju pasti v naklju\xc4\x8dno smer, bo torej \xc4\x8dutil vsaj en \xc5\xbearek v nasprotni smeri njegovega gibanja. Celotna past je postavljena v magnetno polje, ki se pove\xc4\x8duje z oddaljenostjo od sredi\xc5\xa1\xc4\x8da, ustvari pa se ga z dvema paroma tuljav. To povzro\xc4\x8di Zeemanov razcep, katerega velikost je sorazmerna oddaljenosti od sredi\xc5\xa1\xc4\x8da pasti. S kombinacijo tega pojava in primerno izbrane frekvence laserskih \xc5\xbearkov se da dose\xc4\x8di, da bo laserska svetloba bli\xc5\xbeje resonanci za atome, ki so hitrej\xc5\xa1i, ali pa bli\xc5\xbeje robu pasti. Atome tako fotoni prete\xc5\xbeno odbijajo proti sredi\xc5\xa1\xc4\x8du pasti, hkrati pa atomi v povpre\xc4\x8dju izgubljajo energijo zaradi Dopplerskega hlajenja.\n_START_SECTION_\nOmejitev Dopplerskega hlajenja\n_START_PARAGRAPH_\nMetode Dopplerskega hlajenja imajo naravno omejitev, ki prepre\xc4\x8duje hlajenje do poljubno nizkih temperatur. Najni\xc5\xbeja temperatura, ki se jo da dose\xc4\x8di z Dopplerskim hlajenjem se imenuje Dopplerjeva temperatura. Ko atom absorbira foton, ki potuje v nasprotni smeri, se mu zaradi ohranitve skupne gibalne koli\xc4\x8dine zmanj\xc5\xa1a hitrost. Ko atom kasneje izseva foton, pridobi enako gibalno koli\xc4\x8dino v naklju\xc4\x8dni smeri. Ti naklju\xc4\x8dni sunki se izni\xc4\x8dijo v povpre\xc4\x8dju pri velikem \xc5\xa1tevilu interakcij. Absorpcija predstavlja dovajanje toplote, spontana emisija pa odvajanje toplote. V ravnovesju je hitrost segrevanja enaka kot hitrost ohlajanja. Ni\xc5\xbeje od tega ravnovesnega stanja na ta na\xc4\x8din ni mo\xc5\xbeno ohladiti atomov. Meja je dolo\xc4\x8dena z naravno \xc5\xa1irino prehoda med elektronskima stanjema atoma.\n_START_SECTION_\nPod-Dopplersko hlajenje\n_START_PARAGRAPH_\nDopplerjeva temperatura postavlja mejo, kako nizko je mogo\xc4\x8de priti z Dopplerjevim hlajenjem. Obstajajo pa metode, ki omogo\xc4\x8dajo hlajenje na mnogo ni\xc5\xbeje temperature. Dve pogosti metodi sta Sizifovo hlajenje ter hlajenje z izhlapevanjem.\n_START_SECTION_\nSizifovo hlajenje\n_START_PARAGRAPH_\nTo metodo je prvi predlagal Claude Cohen-Tannoudji leta 1989, za kar je dobil del Nobelove nagrade za fiziko leta 1997. Oblak atomov se osvetli z dvema nasproti usmerjenima laserskima \xc5\xbearkoma s pravokotnima polarizacijama. \xc5\xbdarka ustvarita stoje\xc4\x8de valovanje, katerega polarizacija se spreminja po prostoru - alternira med obema kro\xc5\xbenima ter linearno polarizacijo. Atomu, ki potuje po stoje\xc4\x8dem valu, se kineti\xc4\x8dna energija pretvarja v potencialno, ko se vzpenja proti maksimumu. Polarizacija na vrhu deluje \xc4\x8drpalno in atom vzbudi v vi\xc5\xa1je stanje. Od tam atom relaksira na dno doline in pri tem izseva foton, ki odnese del energije, ki je bila prej potencialna energija atoma. Po mnogih ciklih tak\xc5\xa1nega hlajenja atomi dose\xc5\xbeejo temperature nekaj redov velikosti pod Dopplerjevo limito.\n_START_SECTION_\nRamanovo hlajenje\n_START_PARAGRAPH_\nRamanovo hlajenje je metoda hlajenja, ki s pomo\xc4\x8djo stoje\xc4\x8dega opti\xc4\x8dnega valovanja in Ramanovega sipanja ohladi oblak atomov na nekaj mikrokelvinov ter ga hkrati spinsko polarizira. Ta metoda se pogosto uporablja kot vmesna stopnja hlajenja cezijevih atomov, ki nastopi po fazi MOT in pred fazo hlajenja z izhlapevanjem.\n_START_SECTION_\nHlajenje z izhlapevanjem\n_START_PARAGRAPH_\nPoleg magneto-opti\xc4\x8dne pasti obstajajo tudi druge pasti za nevtralne atome. Ena od njih je dipolna past, pri kateri se oblak atomov osvetli s prekri\xc5\xbeanima laserskima snopoma z visoko mo\xc4\x8djo, pogosto nekaj 10 wattov. Za razliko od Dopplerskega hlajenja je frekvenca svetlobe dale\xc4\x8d od resonance, tako da ne prihaja do absorpcije fotonov. Tak\xc5\xa1na past deluje na zelo podoben na\xc4\x8din kot opti\xc4\x8dna pinceta. Dipolna sila potiska delce proti mestu z najve\xc4\x8djo intenziteto svetlobe - prese\xc4\x8di\xc5\xa1\xc4\x8du in hkrati gori\xc5\xa1\xc4\x8du \xc5\xbearkov. Ve\xc4\x8dina atomov je ujetih v pasti. Nekateri, ki so dovolj hitri in v blizu roba pasti, pa lahko uidejo. S \xc4\x8dasom bodo torej iz pasti u\xc5\xa1li hitrej\xc5\xa1i atomi, ostajali pa bodo po\xc4\x8dasnej\xc5\xa1i. Temperatura oblaka se bo torej ni\xc5\xbeala, za ceno \xc5\xa1tevila atomov. Ta proces uhajanja se lahko pospe\xc5\xa1i s postopnim ni\xc5\xbeanjem jakosti \xc5\xbearkov pasti. S tem se globina pasti zmanj\xc5\xa1a in omogo\xc4\x8di pobeg ve\xc4\x8d atomom. Prva sta tako hlajenje uporabila Eric A. Cornell in Carl Wieman na atomih rubidija leta 1995. Hlajenje z izhlapevanjem omogo\xc4\x8da hlajenje do poljubno nizkih temperatur - tudi le nekaj nanokelvinov. Ta vrsta hlajenja je pogosto zadnji korak v postopku doseganja Bose-Einsteinove kondenzacije, ki se zgodi pri temperaturah nekaj 10 nanokelvinov.\n_START_SECTION_\nUporaba\n_START_PARAGRAPH_\nLasersko hlajenje se uporablja predvsem za ohlajanje atomov za kvantnomehanske eksperimente. Te eksperimente izvajajo blizu absolutne ni\xc4\x8dle, kjer je mo\xc5\xbeno opazovati pojave kot so Bose-Einsteinov kondenzat, superfluidnost in drugi. V za\xc4\x8detku se je lasersko hlajenje uporabljalo izklju\xc4\x8dno za atome, v zadnjih letih pa je pri\xc5\xa1lo tudi do hlajenja kompleksnej\xc5\xa1ih sistemov. Leta 2010 je skupina iz Univerze Yale uspe\xc5\xa1no ohladila dvoatomno molekulo. Leta 2007 pa je skupina iz MIT okladila makroskopski delec z maso 1 gram na 0,8 K. Leta 2011 je skupina iz Kalifornijskega tehnolo\xc5\xa1kega in\xc5\xa1tituta in Univerze na Dunaju lasersko ohladila (10 \xce\xbcm x 1 \xce\xbcm) velik objekt v kvantnomehansko osnovno stanje. Med najbolj znanimi uporabami laserskega hlajenja in hladnih atomov so atomske ure, ki so do nedavnega predstavljale globalen standard \xc4\x8dasa.'