Kontent qismiga oʻtish

Lazerli sovutish

Vikipediya, erkin ensiklopediya
Doppler lazerli sovutishning soddalashtirilgan printsipi:
1 Statsionar atom lazerni na qizil, na koʻk rangga siljigan holda koʻradi va fotonni yutmaydi.
2 Lazerdan uzoqlashayotgan atom uning qizilga siljishini koʻradi va fotonni yutmaydi.
3 Lazer tomon harakatlanayotgan atom uning koʻk rangga siljganini koʻradi va fotonni yutadi, bu atomni sekinlashtiradi.
4 Foton atomni uygʻongan holatga oʻtkazadi, natijada elektron yuqori kvant holatiga oʻtkaziladi.
5 Atom tasodifiy yoʻnalishda foton nurlaydi. Atom impuls vektorlari, agar ular bir xil yoʻnalishda boʻlsa, asl nusxaga qoʻshiladi, ammo ular atom energiyasini yoʻqib, soviydi.

Lazerli sovutish — atomlar, molekulalar va kichik mexanik tizimlar lazer nurlari bilan sovutiladigan bir qator texnikalarni oʻz ichiga oladi. Lazerlarning yoʻnaltirilgan energiyasi koʻpincha isitish materiallari bilan bogʻliq, masalan. lazerli kesish, shuning uchun lazerli sovutish koʻpincha namuna haroratining mutlaq nolga yaqinlashishiga olib kelishi mumkin. Lazerli sovutish obyekt, masalan, atom, fotonni (yorugʻlik zarrasi) yutganda va qayta chiqaradigan momentning oʻzgarishiga tayanadi. Zarrachalar ansambli uchun ularning termodinamik harorati tezligidagi dispersiyaga proporsionaldir. Yaʼni, zarralar orasidagi bir xil tezliklar pastroq haroratga toʻgʻri keladi. Lazerli sovutish texnikasi atom spektroskopiyasini yorugʻlikning yuqorida aytib oʻtilgan mexanik taʼsiri bilan birlashtirib, zarralar ansamblining tezlik taqsimotini siqib chiqaradi va shu bilan zarrachalarni sovutadi.

1997-yilgi fizika boʻyicha Nobel mukofoti Klod Koen-Tannoudji, Stiven Chu va Uilyam Deniel Fillipsga „atomlarni lazer nuri bilan sovutish va tutib olish usullarini ishlab chiqqani uchun“ berildi.[1]

Tarix

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Nurlanish bosimi

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Nurlanish bosimi — elektromagnit nurlanishning moddaga taʼsir qiladigan kuchi. 1873-yilda Maksvell elektromagnetizm haqidagi risolasini nashr etdi, unda u radiatsiya bosimini bashorat qilgan.[2] Kuch birinchi marta eksperimental tarzda Lebedev tomonidan namoyish etilgan va 1900 yilda Parijdagi konferentsiyada maʼlum qilingan [3] va keyinchalik 1901 yilda batafsilroq nashr etilgan.[4] Lebedevning o'lchovlaridan so'ng, Nikols va Xull 1901 yilda [5] radiatsiya bosimining kuchini koʻrsatdi, 1903 yilda aniqlangan oʻlchov bilan. [6] [7]

1933-yilda Otto Frish natriy atomlarining atom nurini yorugʻlik bilan burdi. [8] Bu rezonansli absorberga taʼsir qiluvchi radiatsiya bosimining birinchi amalga oshirilishi edi.

Lazerli sovutish boʻyicha takliflar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Atom manipulyatsiyasi tajribalarida lazerlarning kiritilishi 1970-yillarning oʻrtalarida lazerni sovutish boʻyicha takliflarning paydo boʻlishi sifatida harakat qildi. Lazerli sovutish 1975 yilda ikki xil tadqiqot guruhi tomonidan alohida taklif qilingan: Hansch va Schawlow[9] va Wineland va Dehmelt [10]. Har ikkala taklifda ham atomlarda issiqlikka asoslangan tezlikni „nurlanish kuchlari“ bilan sekinlashtirish jarayoni tasvirlangan. [11] Keyinchalik bu tushuncha gazdagi atomlarning sovishi bilan bogʻliq edi. [12] Lazerli sovutish boʻyicha ushbu dastlabki takliflar faqat radiatsiya bosimining nomi „tarqalish kuchiga“ tayangan.

1970-yillarning oxirida Ashkin radiatsiya kuchlarini bir vaqtning oʻzida sovutish va atomlarni ushlab turish uchun qanday ishlatish mumkinligini tasvirlab berdi.[13] U bu jarayon qanday qilib atomlar tuzoqdan chiqmasdan uzoq spektroskopik oʻlchovlarni oʻtkazishga imkon berishi mumkinligini taʼkidladi va turli atomlar orasidagi oʻzaro taʼsirlarni oʻrganish uchun optik tuzoqlarning bir-birining ustiga chiqishini taklif qildi.[14]

Dastlabki amalga oshirishlar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Ashkinning 1978-yildagi maktubidan soʻng ikkita tadqiqot guruhi: Wineland, Drullinger va Walls va Noyhauzer, Hohenstatt, Toscheck va Dehmelt bu ishni yanada takomillashtirdilar.[11] Xususan, Wineland, Drullinger va Walls spektroskopiyani takomillashtirish bilan shugʻullangan. Guruh radiatsiya bosimi yordamida atomlarning sovishini eksperimental tarzda namoyish qilish haqida yozgan. Ular optik tuzoqlarda radiatsiya bosimidan foydalanishning ustuvorligini taʼkidlaydilar, ammo Doppler effekti mavjudligi sababli oldingi modellarning samarasizligini tanqid qiladilar. Effektni kamaytirish maqsadida ular magniy ionlarini xona haroratidan pastroq sovutish usulini qoʻlladilar.[15] Magniy ionlarini oʻz ichiga olish uchun elektromagnit tuzoqdan foydalanib, ular atomlarning rezonans chastotasidan zoʻrgʻa fazadan tashqarida lazer bilan bombardimon qilishdi.[16] Ikkala guruhning tadqiqotlari yorugʻlikning mexanik xususiyatlarini koʻrsatishga xizmat qildi. Taxminan shu vaqt ichida lazerli sovutish texnikasi haroratni 40 kelvingacha tushirishga imkon berdi.

Wineland kompaniyasining lazerli sovutish ionlari ustidagi ishidan taʼsirlangan Uilyam Fillips xuddi shu printsiplarni lazerli sovutadigan neytral atomlarga qoʻllagan. 1982 yilda u neytral atomlar lazer bilan sovutilgan birinchi maqolani chop etdi.[17] Amaldagi jarayon endi Zeeman sekinroq deb nomlanadi va atom nurlarini sekinlashtirishning standart usuli hisoblanadi.

Zamonaviy yutuqlar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Atomlar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Yillar kesimida lazer bilan sovutilgan noyob atomlar/izotoplarning umumiy soni.

Elektr dipol oʻtishlari uchun Doppler sovutish chegarasi odatda yuzlab mikrokelvinlarda boʻladi. 1980-yillarda bu chegara erishish mumkin boʻlgan eng past harorat sifatida koʻrilgan. Doppler sovutish chegarasi 240 mikrokelvin boʻlganda, natriy atomlari 43 mikrokelvingacha sovutilganda, bu ajablanarli edi, [18] yangi pastlik lazer qutblanishiga kombinatsiyalangan koʻproq atom holatlarining qoʻshilishi bilan izohlandi. Lazerli sovutishning oldingi tushunchalari juda sodda boʻlgan deb qaror qilingan.[16] 70-80-yillarda lazerli sovutish boʻyicha yirik yutuqlar avvaldan mavjud boʻlgan texnologiyaning bir qancha yaxshilanishiga va mutlaq noldan biroz yuqori haroratlarda yangi kashfiyotlarga olib keldi. Sovutish jarayonlari atom soatlarini aniqroq qilish va spektroskopik oʻlchovlarni yaxshilash uchun ishlatilgan va ultrasovuq haroratlarda materiyaning yangi holatini kuzatishga olib kelgan.[13][16] Materiyaning yangi holati, Bose-Eynshteyn kondensati 1995 yilda Erik Kornel, Karl Viman va Volfgang Ketterl tomonidan kuzatilgan.[19]

Lazerli sovutish birinchi navbatda ultrasovuq atomlarni yaratish uchun ishlatilgan. Misol uchun, kvant fizikasidagi tajribalar mutlaq nolga yaqin boʻlishi kerak, bu yerda Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi kabi noyob kvant effektlari kuzatilishi mumkin. Lazerli sovutish ham optik soat tajribalarida asosiy vosita hisoblanadi.

Molekulalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

2010-yilda Yeldagi bir guruh ikki atomli molekulani lazer yordamida muvaffaqiyatli sovutdi. [20] 2016-yilda MPQ guruhi optoelektrik Sizif sovutish orqali formaldegidni 420 mkK gacha muvaffaqiyatli sovutdi.[21] 2022-yilda Garvarddagi bir guruh lazer bilan muvaffaqiyatli sovutdi va CaOH ni magnit-optik tuzoqda 720(40) mKgacha ushlab oldi.[21]

Mexanik sistemalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

2007 yilda MIT jamoasi makrooʻlchamli (1 gramm) obyektni 0,8 K ga qadar muvaffaqiyatli lazer bilan sovutdi.[22] 2011-yilda Kaliforniya Texnologiya Instituti va Vena Universiteti jamoasi birinchi boʻlib (10 mkm x 1 mkm) mexanik obʼyektni kvant zamin holatiga lazer bilan sovutdi.[23]

Lazerli sovutish texnologiyalari

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Lazerli sovutishning birinchi misoli, shuningdek, eng keng tarqalgan usul (shunchalikki, u hali ham „lazerli sovutish“ deb ataladi) Doppler sovutishdir.

Doppler sovutish

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Rubidiy-85 ning magnit-optik tutilishi uchun zarur boʻlgan lazerlar: (a) & (b) yutilish (nuqta chiziqqa toʻgʻrilangan qizil) va spontan emissiya aylanishini koʻrsatadi, (c) & (d) taqiqlangan oʻtishlar, (e)) shuni koʻrsatadiki, agar sovutuvchi lazer atomni F=3 holatga qoʻzgʻatsa, uning „qorongʻi“ pastki giperfiniyaga, F=2 holatiga parchalanishiga yoʻl qoʻyiladi, agar repurper lazer boʻlmaganda sovutish jarayoni toʻxtatiladi. (f).

Elektr dipol oʻtishlari uchun Doppler sovutish chegarasi odatda yuzlab mikrokelvinlarda boʻladi. 1980-yillarda bu chegara erishish mumkin boʻlgan eng past harorat sifatida koʻrilgan. Doppler sovutish chegarasi 240 mikrokelvin boʻlganda, natriy atomlari 43 mikrokelvingacha sovutilganda, bu ajablanarli edi, yangi pastlik lazer qutblanishiga kombinatsiyalangan koʻproq atom holatlarining qoʻshilishi bilan izohlandi. Lazerli sovutishning oldingi tushunchalari juda sodda boʻlgan deb qaror qilingan. 70-80-yillarda lazerli sovutish boʻyicha yirik yutuqlar avvaldan mavjud boʻlgan texnologiyaning bir qancha yaxshilanishiga va mutlaq noldan biroz yuqori haroratlarda yangi kashfiyotlarga olib keldi. Sovutish jarayonlari atom soatlarini aniqroq qilish va spektroskopik oʻlchovlarni yaxshilash uchun ishlatilgan va ultrasovuq haroratlarda materiyaning yangi holatini kuzatishga olib kelgan. Materiyaning yangi holati, Bose-Eynshteyn kondensati 1995 yilda Erik Kornel, Karl Viman va Volfgang Ketterl tomonidan kuzatilgan.








Manbalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
  1. ↑ „The Nobel Prize in Physics 1997“. Nobel Foundation. 2008-yil 7-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2008-yil 9-oktyabr.
  2. ↑ Maxwell, J.C.. A Treatise on Electricity and Magnetism (1st edition), II., Oxford, 1873 — 391-bet. 
  3. ↑ Lebedew, Pyotr (1900). "Les forces de Maxwell-Bartoli dues à la pression de la lumière". 2. Rapports présentés au Congrès International de Physique. Paris. pp. 133. https://www.europhysicsnews.org/articles/epn/pdf/2019/04/epn2019504p15.pdf.
  4. ↑ Lebedew, P. (1901). "Untersuchungen über die Druckkräfte des Lichtes". Annalen der Physik 311 (11): 433–458. doi:10.1002/andp.19013111102. https://zenodo.org/record/1424005.
  5. ↑ Nichols, E.F.; Hull, G.F. (1901). "A Preliminary Communication on the Pressure of Heat and Light Radiation". Physical Review. Series I 13 (5): 307–320. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.13.307. https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevSeriesI.13.307.
  6. ↑ Nichols and Hull, E.F. and G.F. (1903). "The Pressure Due To Radiation . (Second Paper.)". Physical Review 17 (1): 26–50. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.17.26. https://journals.aps.org/pri/abstract/10.1103/PhysRevSeriesI.17.26.
  7. ↑ Nichols and Hull, E.F. and G.F. (1903). "The Pressure Due To Radiation. (Second Paper.)". Physical Review 17 (2): 91–104. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.17.91. https://journals.aps.org/pri/abstract/10.1103/PhysRevSeriesI.17.91.
  8. ↑ Frisch, R. (1933). "Experimenteller Nachweis des Einsteinschen Strahlungsrückstoßes". Zeitschrift für Physik 86 (1–2): 42–48. doi:10.1007/BF01340182. https://link.springer.com/article/10.1007/BF01340182.
  9. ↑ Hänsch, T. W.; Schawlow, A. L. (January 1975). "Cooling of gases by laser radiation". Optics Communications 13 (1): 68–69. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5. https://archive.org/details/optics-communications_1975-01_13_1/page/68.
  10. ↑ Wineland, David; Dehmelt, Hans (January 1, 1975). "Proposed 1014 delta upsilon less than upsilon laser fluorescence spectroscopy on t1+ mono-ion oscillator iii". Bulletin of the American Physical Society 20 (4): 637. https://archive.org/details/bulletin-of-the-american-physical-society_1975-04_20_4/page/637.
  11. ↑ Phillips, William D. (1998). "Nobel Lecture: Laser cooling and trapping of neutral atoms". Reviews of Modern Physics 70 (3): 721–741. doi:10.1103/revmodphys.70.721.
  12. ↑ Hänsch, T.W.; Schawlow, A.L. (January 1975). "Cooling of gases by laser radiation". Optics Communications 13 (1): 68–69. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5. https://archive.org/details/optics-communications_1975-01_13_1/page/68.
  13. ↑ Adams and Riis, Charles S. and Erling. "Laser Cooling and Manipulation of Neutral Particles". New Optics. Archived from the original on 2017-11-15. https://web.archive.org/web/20171115193505/http://massey.dur.ac.uk/articles/newoptics.pdf. Qaraldi: 2017-05-06.Lazerli sovutish]]
  14. ↑ Ashkin, A. (1978). "Trapping of Atoms by Resonance Radiation Pressure". Physical Review Letters 40 (12): 729–732. doi:10.1103/physrevlett.40.729.
  15. ↑ Wineland, D. J.; Drullinger, R. E.; Walls, F. L. (1978). "Radiation-Pressure Cooling of Bound Resonant Absorbers". Physical Review Letters 40 (25): 1639–1642. doi:10.1103/physrevlett.40.1639.
  16. ↑ Bardi, Jason Socrates (2008-04-02). "Focus: Landmarks: Laser Cooling of Atoms" (en-US). Physics 21: 11. doi:10.1103/physrevfocus.21.11. https://physics.aps.org/story/v21/st11.
  17. ↑ Phillips, William (1 March 1982). "Laser Deceleration of an Atomic Beam". Physical Review Letters 48 (9): 596–599. doi:10.1103/PhysRevLett.48.596.
  18. ↑ Paul D. Lett; Richard N. Watts; Christoph I. Westbrook; William D. Phillips; A. Winnicki; Phillip L. Gould; Harold J. Metcalf (1988). "Observation of Atoms Laser Cooled below the Doppler Limit". Physical Review Letters 61 (2): 169–172. doi:10.1103/PhysRevLett.61.169. PMID 10039050.
  19. ↑ Chin, Cheng (1 June 2016). "Ultracold atomic gases going strong". National Science Review 3 (2): 168–170. doi:10.1093/nsr/nwv073.
  20. ↑ E. S. Shuman; J. F. Barry; D. DeMille (2010). "Laser cooling of a diatomic molecule". Nature 467 (7317): 820–823. doi:10.1038/nature09443. PMID 20852614. https://archive.org/details/sim_nature-uk_2010-10-14_467_7317/page/820.
  21. ↑ N. B. Vilas; C. Hallas; L. Anderegg; P. Robichaud; A. Winnicki; D. Mitra; J. M. Doyle (2022). "Magneto-optical trapping and sub-Doppler cooling of a polyatomic molecule". Nature 606 (7912): 70–74. doi:10.1038/s41586-022-04620-5. PMID 35650357.
  22. ↑ „Laser-cooling Brings Large Object Near Absolute Zero“. ScienceDaily.
  23. ↑ Caltech Team Uses Laser Light to Cool Object to Quantum Ground State. Caltech.edu. Retrieved June 27, 2013. Updated 10/05/2011
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Lazerli_sovutish&oldid=6186966" dan olindi