- wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie. 0 k. z L 0 k. L 0 k

Transkrypt

1 Podsumowanie W1 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej a) spektroskopia klasyczna b) spektroskopia bezdopplerowska 1. Spektroskopia nasyceniowa nasycenie selekcja prędkości - wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie N N 1 T. Spektroskopia dwufotonowa - kompensacja przesunięć dopplerowskich związanych z wiązkami przeciwbieżnymi ħ( + k k ) = ħ L 0 k 0 k z L 0 k 0 D Laser N () Wielkie eksperymenty fizyki atomowej - pomiar przesunięcia Lamba podstawowego stanu wodoru (równoczesny pomiar widm linii Ly i H autokalibracja energii przejść) 1 JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 1/16

2 Równoczesny pomiar widma H i Ly (przes. L. 1S) laser barwnikowy laser N 486 nm H F-P S 11.5 P ampl. Det. Det. skala częst x 43 nm 43 nm H Det. Ly H S=81619 MHz JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika /16

3 poprawka błędu z W10 Zmniejszenie rozszerz. dopplerowskiego 0 8 kbt 7,1610 c M 7 D 0 T M na ogół D 100 nat ale D gdy: T 0 gaz skolimowana wiązka atom./molek. + prostopadłe wzbudzanie i obserwacja k k k 0 metody radiospektroskopii, spektroskopii laserowej, chłodzenie i pułapkowanie atomów i jonów JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 3/16

4 Pułapki jonowe i atomowe po co? Spowolnienie - eliminacja rozszerzeń: Dopplerowskiego, zderzeniowego i przez skończony czas oddział. Lokalizacja w określonym miejscu i warunkach możliwość bezpośr. adresowania i badania nawet pojedynczych atomów Pojedyncze/liczne atomy w jamie potencjału kwantyzacja ruchu, stan podstawowy, degeneracja kwantowa Pułapkowanie jonów: - siły kulombowskie Pułapka Penninga (1936) B (1T) linie ekwipotencjalne V _ + JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 4/16

5 ruch jonów/elektronów w pułapce Penninga: e, m B z orbita cyklotronowa c =eb/mc r z drgania osiowe ev 0 m( z 0 0 ) orbita magnetronowa m =ce r /Br z << m << c JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 5/16

6 Pułapka Paula obserwacja jonów: 1989 W. Paul (wspólnie z H. Dehmeltem i N. Ramseyem) pojedyncze jony odparowanie (71 szt): JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 6/16

7 Eksperymenty z pojedynczymi jonami obraz jonu jon Liniowa pułapka jonowa q. computing? JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 7/16

8 Przeskoki kwantowe 1989 H. Dehmelt Mech. Kwant. przewiduje eksponencjalną lub periodyczną zależność P if (t), ale to dotyczy prawdopodobieństw. W konkretnej realizacji nieciągłe przeskoki kwantowe pojedynczy elektron w pułapce atom geonium Pomiar g- (QED) Obserwacja 1 atom (jon) z przejściem dozwolonym i wzbronionym ze stanu podst., wzbudzanymi jednocześnie dwiema wiązkami świetlnymi: 1 kwant niebieski steruje strumieniem fotonów fioletowych: I det czas JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 8/16

9 Eksperyment w National Phys. Lab. Teddington (U.K.) global atomic clock (Dehmelt) przy pomocy elektrycznego oktupolowego promieniowania (E3) Zderzenia pojedynczy jon Yb + w pułapce Paula P 1/ s Yb + D 5/ S 1/ F 7/ τ lat Linie widmowe E3: 3 # skoków 171 Yb + 15 # skoków 17 Yb L 5 L MHz MHz JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 9/16

10 Spowalnianie i pułapkowanie atomów światłem siły optyczne: siła spontaniczna (siła ciśnienia światła) F rp przekaz pędu (ciśnienie światła) F rp G( r) k 0 ( k v) / 1 G( r) 1 G(r) 1 DE( r) I( r) I S siła dipolowa (reaktywna) klasyczne wciąganie dielektryka (>0, n>1) do pola el. G( r) (niejednorodnego) F d ( k v) ( k v) / 1 G( r) wartość siły rezonansowo zależy od (F d nierezonansowo) atom może mieć n > < 1 siła F d > < 0 (wciąga lub wypycha) < 0 F d F rp k - /k 0 v z JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 10/16

11 Jak chłodzić atomy? Podstawy chłodzenia i pułapkowania atomów światłem laserowym 1997 S.Chu,C.Cohen-Tannoudji,W.Phillips CHŁODZENIE ATOMÓW FOTONAMI (siły spontaniczne): wiązka lasera wiązka atomów atomy sodu: M=3, = 590 nm v = 600 m/s (@ 400 K) po zabsorbowaniu 1 fotonu: v R = ħk/m = 3 cm/s fotonów do I = 6 mw/cm czas zatrzymania: 1 ms p = ħ k abs - ħ k em = N ħ k L 0 droga hamowania: 0,5 m przyspieszenie: 10 6 m/s JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 11/16

12 GAZ ATOMOWY? dwie przeciwbieżne wiązki laserowe (ta sama częstość; L < 0 ) 0 L siła L 0 L Dla L < 0, efekt Dopplera dostraja atomy do rezonansu z przeciwbieżnymi wiązkami F rp k ( k v) G( r) / Fotony pochłonięte mają energię mniejszą niż reemitowane opóźniająca siła (chłodzenie) 1 G( r) JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 1/16

13 Wypadkowa siła: siła k k - /k 0 /k v z Dla małych prędkości: F -v lepkość OPTYCZNA MELASA zerowa siła dla v=0 chłodzenie JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 13/16

14 Jak pułapkować zimne atomy? - B(x) + m=+1 m=0 ħ L m= 1 x=0 x siła zależna od położenia: F(x) -x pułapka atomowa JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 14/16

15 ? 1-D 3-D I I JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 15/16

16 N 10 6 at. Rb 85, T 100 K Pomiar T 0,0001 K atom 30 cm/sek 0 czas przelotu JZ Podstawy Fizyki Atomowej, wg. wyk. W. Gawlika 16/16