melassa ottica
melassa ottica
Particolare configurazione di fasci laser che permette di raffreddare gas atomici. Nella sua configurazione più semplice, una melassa ottica è costituita da una coppia di fasci laser contropropaganti con una lunghezza d’onda λ maggiore (più ‘rossa’) di quella della risonanza atomica. Se un atomo si muove con velocità v, a causa dell’effetto Doppler assorbe fotoni in prevalenza dal fascio laser che si propaga in direzione opposta al suo moto. Infatti, in un sistema di riferimento solidale con l’atomo, questo fascio laser ha una lunghezza d’onda efficace λ(1−v/c) più bassa e risulta quindi spostato verso la risonanza. A seguito dell’assorbimento, l’atomo subisce una variazione di velocità Δv=−h/mλ (h è la costante di Planck), a causa dello scambio di quantità di moto con il fotone assorbito, quindi viene rallentato. Simmetricamente, se l’atomo si muove in direzione contraria, assorbe preferibilmente fotoni dall’altro fascio laser e viene ugualmente rallentato. L’emissione spontanea successiva all’assorbimento avviene invece in direzione casuale e, in media, non cambia la velocità dell’atomo. Questo rallentamento può essere descritto come l’effetto combinato della pressione di radiazione esercitata dai due fasci laser. Per velocità sufficientemente piccole, tale forza può essere scritta come F=−κv, che descrive una forza di attrito simile a quella cui è soggetto un corpo che si muove in un fluido viscoso. Per questo motivo questa configurazione prende comunemente il nome di melassa ottica. La costante di smorzamento κ dipende, tra gli altri parametri, dalla massa dell’atomo, dall’intensità della luce laser e dalla sua lunghezza d’onda. In una melassa come quella descritta sopra, nella quale si considera soltanto il contributo della pressione di radiazione, la temperatura minima ottenibile è data dalla temperatura Doppler, che nei metalli alcalini è dell’ordine di 200 μK. Temperature più basse si possono raggiungere qualora si considerino altri meccanismi di interazione, come quelli che stanno alla base dell’effetto Sisifo.