Chłód parowy – Wikipedia

W fizyce atomowej, odparowanie jest techniką chłodzenia gazu atomowego początkowo uwięzionego w temperaturze rzędu MK, do temperatury rzędu µK, a nawet dwóch rzędów o niższej wielkości. Można go zatem prowadzić dopiero po wcześniejszej fazie chłodzenia i pułapkowania, chłodzenie laserowe. Ten rodzaj chłodzenia pozwala gazowi osiągnąć dietę kwantową, aw szczególności konieczne jest uzyskanie kondensatu Bose-Einsteina lub zdegenerowanego gazu rolnego.

Gaz atomowy w gotowej pułapce wysokości. Najbardziej energiczne atomy uciekają z pułapki; Po przyjęciu pozostałych atomów temperatura gazu maleje.

Ten rodzaj chłodzenia opiera się na eliminacji najbardziej energetycznych atomów gazu uwięzionego w konserwatywnej pułapce, równolegle do usunięcia atomów pozostałych w niższej temperaturze. Spadek temperatury można przeprowadzić na kilku rzędach wielkości poprzez obniżenie progu energii utraty atomów, w cenie znacznej utraty atomów.

Technika ta opiera się na tej samej zasadzie, co chłodzenie przez parowanie zastosowane do mieszanin zawierających wodę i obserwowalne w życiu codziennym, takie jak dmuchanie w płynie zbyt gorąco, aby przyspieszyć jego chłodzenie ^{[[[ Pierwszy ]} .

Pułapki na gaz atomowy [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

Gazu zimnych atomów (w temperaturze poniżej 1mk) nie można zablokować w obudowie z krawędzi materiału, które by go wchłonęły. Dwa rodzaje pułapek są używane do chłodzenia atomów parowania: pułapka magnetyczna i pułapka optyczna.

Pułapka magnetyczna [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

Pułapka magnetyczna to konfiguracja pola magnetycznego, która ma lokalne minimum, w którym atomy przyciągają odpowiedni stan wirowania. Jeśli jest moment magnetyczny atomu

, jego energia potencjalna w polu magnetycznym

jest po prostu

${DisplayStyle e_ {p} (Mathbf {r}) =-mu b (Mathbf {r}}$

Atomy, których moment magnetyczny jest ujemny, odczuwają minimum energii przynajmniej pola magnetycznego.

Eliminacja atomów energii odbywa się poprzez wysłanie fali o częstotliwości radiowej (RF), która przenosi atomy w wewnętrznym stanie dodatnim momencie magnetycznym, a zatem nie uwięziony. Częstotliwość przejścia między tymi poziomami jest kompensowana w zależności od pozycji przez potencjalną energię pułapkowania magnetycznego, co eliminuje atomy ogromnej energii potencjalnej. Parowanie przeprowadza się przez stopniowo zmniejszając częstotliwość fali RF.

Pułapka dipolarna [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

Pułapka dipolarna wykorzystuje siły konserwatywne wywierane przez nie -reonantowe światło na atom. Jeśli częstotliwość lasera jest niższa niż częstotliwości przejściowe atomu, ta ostatnia przyciąga maksymalne obszary intensywności lasera. W ten sposób zatrzymujemy gaz atomowy w palenisku intensywnej wiązki laserowej. Atomy, których energia jest większa niż wysokość energii potencjalnej, uciekają z pułapki. Parowanie jest zatem prowadzone przez stopniowe obniżenie mocy lasera.

Odparowanie [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

Kinetyka odparowania zależy od szybkości kolizji sprężystej i wysokości progu eliminacji atomów w porównaniu z temperaturą gazu.

Aby zwiększyć poziom kolizji, preferencyjnie stosuje się wysoce nudną pułapkę. Wielka sztywność pułapek dipolarnych wyjaśnia prędkość parowania w tego typu pułapkach, zwykle mniej niż 10 s.

Wybór progu eliminacji o wysokiej energii pozwala uniknąć tylko bardzo energetycznych atomów; Jednak czas odparowania rośnie bardzo szybko wraz ze wzrostem tego progu. Wybieramy kompromis: zazwyczaj próg energii jest około 5 razy więcej energii cieplnej atomów. Aby pozostać w takich warunkach podczas odparowania, próg eliminacji atomów jest obniżony podczas spadku temperatury; Następnie mówimy o przymusowym parowaniu.

Wydajność chłodzenia parowania [[[ modyfikator |. Modyfikator i kod ]

W trakcie chłodzenia przez odparowanie, nawet jeśli większość atomów zostanie utracona, spadek temperatury może być taki, że jego zainteresowanie gazem w celu osiągnięcia diety degeneracji kwantowej było pewne. Rozmiar fizyczny charakteryzujący postęp w kierunku zwyrodnienia to gęstość w przestrzeni faz

określony przez

${DisplayStyle rho = nlabda _ {db}^{3}}$

będąc gęstością objętości gazu w środku pułapki i

to długość fali broglie, która jest typową długością spójności gazu. Gaz wchodzi do zdegenerowanej diety tak szybko

jest równe 1. dla gazu

atomy uwięzione w harmonicznej pułapce w temperaturze

W

rośnie jako produkt

. Jeśli wzrost temperatury przez utracony atom jest dość duży, otrzymujemy dobry widok na dietę kwantową.

W praktyce chłodzenie odparowe jest skuteczne, jeśli szybkość elastycznych zderzeń jest wystarczająco duża przed szybkością kolizji nieelastycznych, które nie przyczyniają się do chłodzenia. W przeciwnym razie utrata atomów nie jest kompensowana przez spadek wystarczającej temperatury, aby osiągnąć dietę degeneracji.