Магнито-оптическая ловушка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема экспериментальной магнито-оптической ловушки. Синим показаны катушки, красным — лучи лазеров.

Магнито-оптическая ловушка (MOT) — устройство, которое используется для лазерного охлаждения и магнито-оптического захвата для получения групп холодных, нейтральных атомов при температурах порядка нескольких сотен или десятков микрокельвинов.

Данный метод позволяет захватывать нейтральные атомы, в отличие от ловушек Пеннинга и Пауля которые работают только с заряженными частицами.

История[править | править код]

Спроектирована и реализована в 1987 году Стивеном Чу (Bell Labs). В первоначальной установке использовалось доплеровское охлаждение, были достигнуты температуры порядка 600 микрокельвинов (300—1000 мкК), время удержания более 2 минут, плотность нейтральных атомов Na 2*10^11 ат/см³, количество атомов более 10^7.[1]

За создание МОТ и исследования с её применением Стивен Чу был удостоен Нобелевской премии по физике 1997 года.

Устройство[править | править код]

Схема полей в МОТ. Синим показаны катушки в конфигурации anti-Helmholtz. Буквами σ обозначены встречные лучи лазера по оси X, лазеры по осям Y и Z не показаны для простоты. В центре обозначено охлажденное облако.

Магнито-оптическая ловушка является развитием первоначальной схемы Стива Чу по охлаждению атомов в оптической патоке. Охлаждение происходило в вакуумной камере, в области, в которой пересекались шесть лазерных охлаждающих пучков (по два вдоль каждой оси, часто получают при помощи 3 лазеров и 3 зеркал). Из-за действия силы тяжести охлажденные атомы быстро, за время порядка одной секунды, выпадали из охлаждаемой области. Для компенсации притяжения в установке при помощи двух соленоидов создавалось квадрупольное магнитное поле. Соленоиды размещаются соосно перед и после области патоки, в конфигурации, сходной с кольцами Гельмгольца. В отличие от схемы Гельмгольца ток в катушках течет в противоположных направлениях.

Применение[править | править код]

Облака рубидия-85 в МОТ.

MOT часто используются как первый этап в получении конденсата Бозе-Эйнштейна, в том числе использовались в экспериментах по атомным лазерам[2]

Могут использоваться в атомных часах повышеной точности.[3]

Охлажденный в MOT 133Cs использовался для получения наиболее точных измерений нарушения CP.

Ограничения[править | править код]

Для большинства атомов минимальная температура, достижимая в МОТ, ограничена доплеровским пределом. Эффективному охлаждению до более низких температур (субдоплеровскому охлаждению) препятствует наличие магнитного поля. Для некоторых редкоземельных атомов, например Тулия и Эрбия, удается достичь температур на порядок более низких, чем доплеровский предел.[4]

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. «Trapping of neutral sodium atoms with radiation pressure»
  2. http://www.scientific.ru/journal/news/1203/n131203.html «Чисто оптическая реализация атомного лазера.» //Журнал Scientific.ru. цит: «была достигнута Бозе-конденсация атомов в магнито- оптических ловушках»
  3. Better Lasers and Atomic Traps Yield Better Timekeeping — JILA (Photonics Spectra | Feb 2007 | Features)
  4. Субдоплеровское лазерное охлаждение атомов тулия в магнито-оптической ловушке и магнитное удержание атомов тулия в низкоградиентной магнитной ловушке Д. Д. Сукачев и др. // Журнал Наносистемы: физика, химия, математика, 2012, 3 (1), С. 125—131

Литература[править | править код]

  • The Nobel prize in physics 1997. Nobelprize.org (October 15, 1997). Проверено 11 декабря 2011. Архивировано 16 мая 2012 года.
  • 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. [1]
  • Metcalf, Harold J. and Straten, Peter van der. Laser Cooling and Trapping. — Springer-Verlag New York, Inc, 1999. — ISBN 9780387987286.
  • Foot, C.J. Atomic Physics. — Oxford University Press, 2005. — ISBN 9780198506966.
  • Monroe C, Swann W, Robinson H, Wieman C. (1990-09-24). “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.
  • 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)
  • K B Davis, M O Mewes, M R Andrews, N J van Druten, D S Durfee, D M Kurn, and W Ketterle (1997-11-27). “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.

Ссылки[править | править код]