raffreddamento Raman
raffreddamento Raman
Tecnica di raffreddamento laser che consente di ottenere temperature inferiori alla temperatura di rinculo (cioè la temperatura corrispondente alla velocità acquistata da un atomo dopo l’assorbimento di un fotone). Tale tecnica si applica ad atomi in cui il livello elettronico fondamentale è sdoppiato in due o più stati diversi di struttura iperfine. Il raffreddamento Raman si basa sull’utilizzo di impulsi laser prodotti con due fasci contropropaganti di frequenza diversa, che inducono una transizione Raman fra i due stati. La possibilità di ottenere temperature notevolmente basse è legata al fatto che la transizione fra i due stati iperfini ha una larghezza di riga molto piccola. Questo consente di eccitare in maniera selettiva soltanto gli atomi che hanno una velocità v ben definita, senza eccitare atomi con velocità diversa, in particolare quelli con velocità prossima a zero. Si considerino due sottolivelli di struttura iperfine dello stato elettronico fondamentale, a e c, e uno stato elettronico eccitato, b. Si supponga che gli atomi si trovino inizialmente nello stato a. Un impulso Raman eccita gli atomi che hanno una velocità v (determinata dalla differenza di frequenza fra i due fasci Raman v−v′) dallo stato a allo stato c. A causa del principio di conservazione della quantità di moto gli atomi eccitati subiscono una variazione di velocità Δv=−2h/mλ, quindi vengono rallentati. Attraverso una successione ben studiata di impulsi Raman è possibile agire su classi di velocità diverse del campione atomico, rallentandole una a una. Di volta in volta gli atomi eccitati in c vengono riportati in a attraverso un impulso laser quasi risonante con la transizione c-b che effettua un pompaggio ottico degli atomi nello stato di partenza, rendendoli disponibili per un nuovo rallentamento a opera dei fasci Raman. Questa tecnica consente di ottenere temperature molto basse, dell’ordine di pochi nanokelvin, 10÷100 volte inferiori alla temperatura di rinculo.