什么是激光冷卻？

這是一種利用激光將氣體溫度降低到接近絕對零度的方法。

激光冷卻的目的和背景是什么？

當時（20世紀）的科學(xué)家們想要實現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)。玻色-愛因斯坦凝聚是一種現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中，許多被稱為“玻色子”的粒子在接近絕對零度的溫度下表現(xiàn)為相同形狀的波。

此外，為了實現(xiàn)超導(dǎo)電性和超流體性，還需要使其溫度極低。

激光冷卻的細節(jié)是什么？

如上所述，激光冷卻的目的是降低氣體的溫度。首先，什么是溫度？從微觀上講，它是組成氣體的粒子運動的強度。運動越劇烈，溫度就越高。運動越平靜，溫度就越低。因此，“降低溫度”就相當于“盡可能地停止組成氣體的粒子的運動”。

那么，我們怎樣才能盡可能地停止運動呢？正如你可以從“激光冷卻”的名字中看出的，它涉及到用激光照射粒子。下面，我們將特別討論原子的冷卻問題。

如圖所示，激光從上、下、前、后、左、右六個方向照射到待冷卻的原子。換句話說，這六個是xyz軸的正負方向。

那么什么是激光呢？激光器是波長一致的光。為什么要使波長相同？?因為原子有特定的波長，很容易被吸收。原子并不是吸收任何波長的波。

這里的關(guān)鍵點是，被照射的激光的波長應(yīng)該比容易被目標原子吸收的波長稍長一些。為什么？這是因為目標原子在移動。那他們移動有什么問題？

原子也具有波的性質(zhì)。正如你從多普勒效應(yīng)中看到的，相對的波的波長被認為更短。

假設(shè)我們準備了“適合”的波長，很容易被目標原子吸收。然后，如上圖所示，在波面移動的原子會感到波長比那個波長短。因此，激光不會被充分吸收。這就是為什么我們用稍微長一點的波長照射激光束，這樣運動的原子就能很好地吸收它。

如果它向相反的方向移動呢？

這不是問題。因為激光束從六個方向發(fā)射，它們將控制原子在相反方向的運動。

此外，后向的激光束不會使物體加速。這是因為激光不吸收特定波長以外的波。在向同一方向運動的波的情況下，多普勒效應(yīng)使波長看起來比實際長。

原子的原始動量和被輻射的光的動量之間存在守恒定律。因此，目標原子的運動是平靜的。

1997年諾貝爾物理學(xué)獎被授予朱棣文、克勞德·科恩·塔努吉和威廉·D·菲利普斯，以表彰他們利用激光冷卻和捕獲原子的方法。