Ultrazimne atomy

Sprzęt do otrzymywania i badania ultrazimnych atomów w FAMO

Ultrazimne atomy – termin używany do opisania gazu atomów o temperaturach bliskich 0 kelwina (zera bezwzględnego). Za graniczną temperaturę poniżej, której układ nazywamy ultrazimnym przyjmuje się 1 mK, podczas gdy zimnym nazywamy gaz, którego temperatura jest mniejsza niż 1 K[1]. Temperatury otrzymywanych powszechnie w laboratoriach ultrazimnych gazów atomów mieszczą się pomiędzy 1 μK a 1 nK (1 × 10−6 – 1 × 10−9 K)[2], przy czym udało się również otrzymać gazy o temperaturach poniżej 500 pK (500 × 10−12K)[3]. W tak niskich temperaturach klasyczny opis gazów zawodzi, ponieważ zjawiska kwantowe zaczynają odgrywać dominującą rolę, a co za tym idzie, do poprawnego opisu badanych układów należy używać mechaniki kwantowej. Kwantowa natura w reżimie ultraniskich temperatur przejawia się m.in. występowaniem kondensacji Bosego-Einsteina w przypadku atomów bozonowych lub zdegenerowanych gazów Fermiego, kiedy atomy są fermionami. Gazy ultrazimnych atomów znalazły też zastosowania w optyce nieliniowej, dokładnych pomiarach kwantowych właściwości pojedynczych atomów, inżynierii stanów kwantowych, precyzyjnej spektroskopii i zegarach atomowych[2].

Gazy ultrazimnych atomów trzyma się w pułapkach magnetycznych lub magneto-optycznych zaś do ich produkcji stosuje się metody takie jak spowalnianie Zeemana, chłodzenie laserem (w tym chłodzenie Dopplera), chłodzenie przez odparowanie oraz sympatyczne chłodzenie[1].

Za rozwijanie technik otrzymywania oraz badania nad gazami ultrazimnych atomów przyznano dwie nagrody Nobla: w roku 1997 Steven Chu, Claude Cohen-Tannoudji, William D. Phillips otrzymali nagrodę za rozwój metod chłodzenia i pułapkowania atomów laserem oraz w 2001 Eric Cornell, Wolfgang Ketterle, Carl E. Wieman zostali wyróżnieni za uzyskanie nowego stanu materii, zwanego kondensatem Bosego-Einsteina, oraz za przeprowadzenie doświadczeń nad zbadaniem jego właściwości.

Gaz ultrazimnych atomów, wykorzystując metody fotoasocjacji lub magnetoasocjacji, można przekształcić w gaz ultrazimnych cząsteczek[4].

Zobacz też

[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

[edytuj | edytuj kod]
  1. ↑ a b J. Weiner, V.S. Bagnato, S. Zilio, and P.S. Julienne. Experiments and theory in cold and ultracold collisions. „Rev. Mod. Phys.”. 71, s. 1-85, 1999. DOI: 10.1103/RevModPhys.71.1. 
  2. ↑ a b C. E. Wieman, D. E. Pritchard, and D. J. Wineland. Atom cooling, trapping, and quantum manipulation. „Rev. Mod. Phys.”. 71, s. 253-S262, 1999. DOI: 10.1103/RevModPhys.71.S253. 
  3. ↑ A. E. Leanhardt, T. A. Pasquini, M. Saba, A. Schirotzek, Y. Shin, D. Kielpinski, D. E. Pritchard, W. Ketterle. Cooling Bose-Einstein Condensates Below 500 Picokelvin. „Science”. 301(5639), s. 1513-1515, 2003. DOI: 10.1126/science.1088827. 
  4. ↑ J.T. Bahns, P.L. Gould, W.C. Stwalley. Formation of cold (T ≤ 1 K) molecules. „Advances in Atomic, Molecular, and Optical Physics”. 42, s. 171-224, 2000. DOI: 10.1016/S1049-250X(08)60187-1.