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

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

Podsumowanie W Spektroskopia dwufotonowa. 1. Spektroskopia nasyceniowa. selekcja prędkości. nasycenie. ω 0 ω Laser. ω 21 2ω.

Podsumowanie W10. Oparte o: Prof.W. Gawlik Wst p do Fizyki Atomowej, 2004/05 1/21

Podsumowanie ostatniego wykładu

Podsumowanie W11. Nierównowagowe rozkłady populacji pompowanie optyczne (zachowanie krętu atom-pole EM)

Podsumowanie W9. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 12 1

zastosowanie w komputerach kwantowych? przeskoki kwantowe (obserw. na żywo emisji/abs. pojed. fotonów w pojed. atomach)

pułapki jonowe: siły Kulomba łodzenie i pułapkowanie neutralnych atomów pułapki Penninga, Paula pojedyncze jony mogą być pułapkowane i oglądane

2/τ. ω fi Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2009/10. wykład 10 1/14 = 1. 2 fi 0.5

JZ wg W. Gawlik - PodstawyFizyki Atomowej, wykład 10 1/21. 2 fi 0.5

Temperatura i ciepło

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

2/τ. ω fi = 1. Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2008/09. wykład 10 1/21. 2 fi 0.5

Streszczenie W8: Widma molekularne: Oddziaływanie atomów z polami EM:

Streszczenie W13. chłodzenie i pułapkowanie neutralnych atomów. pułapki jonowe: siły Coulomba

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Doświadczenie Sterna-Gerlacha

Streszczenie W13. pułapki jonowe: siły Kulomba. łodzenie i pułapkowanie neutralnych atomów. 9 pułapki Penninga, Paula

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

(obserw. na Ŝywo emisji/abs. pojed. fotonów w pojed. atomach) a) spontaniczne ciśnienie światła (rozpraszają en. chłodzą)

Atom wodoru w mechanice kwantowej. Równanie Schrödingera

Obserw. przejść wymusz. przez pole EM tylko, gdy różnica populacji. Tymczasem w zakresie fal radiowych poziomy są ~ jednakowo obsadzone.

Podsumowanie W9 - Oddz. atomów z promieniowaniem EM

Tomasz Dohnalik Przejścia wzbronione - 66 lat po ich odkryciu przez Henryka Niewodniczańskiego

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Temperatura i ciepło. Mikołaj Szopa

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 2, Mateusz Winkowski, Jan Szczepanek

Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym i elektrycznym

Technika laserowa. dr inż. Sebastian Bielski. Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej PG

Atomy mają moment pędu

Diagnostyka kinematyki zimnych atomów 85 Rb metodą spektroskopii ramanowskiej

Wstęp do astrofizyki I

fotony i splątanie Jacek Matulewski Karolina Słowik Jarosław Zaremba Jacek Jurkowski MECHANIKA KWANTOWA DLA NIEFIZYKÓW

Właściwości chemiczne i fizyczne pierwiastków powtarzają się w pewnym cyklu (zebrane w grupy 2, 8, 8, 18, 18, 32 pierwiastków).

2. Metody, których podstawą są widma atomowe 32

Słowniczek pojęć fizyki jądrowej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

II.6 Atomy w zewnętrznym polu magnetycznym

Metody badań spektroskopowych

Stałe : h=6, Js h= 4, eVs 1eV= J nie zależy

Laboratorium FAMO. Laboratorium ultrazimnej. Laboratorium małych zespołów jonów Laboratorium inżynierii kwantowej

kondensat Bosego-Einsteina

Dźwig budowlany a szybki transport zimnych atomów

S. Baran - Podstawy fizyki materii skondensowanej Fonony. Fonony

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

GŁÓWNE CECHY ŚWIATŁA LASEROWEGO

Diagnostyka plazmy - spektroskopia molekularna. Ewa Pawelec wykład dla pracowni specjalistycznej

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Wysokowydajne falowodowe źródło skorelowanych par fotonów

Spektroskopia. mössbauerowska

Spektroskopia jonizacyjna w pułapce magneto-optycznej

Optyka kwantowa wprowadzenie. Początki modelu fotonowego Detekcja pojedynczych fotonów Podstawowe zagadnienia optyki kwantowej

Promieniowanie X. Jak powstaje promieniowanie rentgenowskie Budowa lampy rentgenowskiej Widmo ciągłe i charakterystyczne promieniowania X

Niezwykłe światło. ultrakrótkie impulsy laserowe. Piotr Fita

Układ laserowy do chłodzenia i pułapkowania atomów cezu w pułapce magneto-optycznej

II. WYBRANE LASERY. BERNARD ZIĘTEK IF UMK /~bezet

Spis treści. Przedmowa redaktora do wydania czwartego 11

Wykład Budowa atomu 2

interpretacje mechaniki kwantowej fotony i splątanie

Feynmana wykłady z fizyki. [T.] 1.2, Optyka, termodynamika, fale / R. P. Feynman, R. B. Leighton, M. Sands. wyd. 7. Warszawa, 2014.

ANALITYKA W KONTROLI JAKOŚCI

Metody optyczne w medycynie

Liczby kwantowe elektronu w atomie wodoru

SPRAWDZIAN NR 1. wodoru. Strzałki przedstawiają przejścia pomiędzy poziomami. Każde z tych przejść powoduje emisję fotonu.

LASERY NA CIELE STAŁYM BERNARD ZIĘTEK

Kurs przygotowawczy NOWA MATURA FIZYKA I ASTRONOMIA POZIOM ROZSZERZONY

Wykład Budowa atomu 1

Oddziaływanie promieniowania X z materią. Podstawowe mechanizmy

Równanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.

39 DUALIZM KORPUSKULARNO FALOWY.

Stara i nowa teoria kwantowa

Spektroskop, rurki Plückera, cewka Ruhmkorffa, aparat fotogtaficzny, źródło prądu

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

SPEKTROSKOPIA ATOMOWA ATOMOWA SPEKTROMETRIA ABSORPCYJNA ATOMOWA SPEKTROMETRIA EMISYJNA FLUORESCENCJA ATOMOWA ATOMOWA SPEKTROMETRIA MAS

Efekt Comptona. Efektem Comptona nazywamy zmianę długości fali elektromagnetycznej w wyniku rozpraszania jej na swobodnych elektronach

Laboratorium zimnych atomów przy powierzchni Zakład Optyki Atomowej

VI. Elementy techniki, lasery

WYBRANE TECHNIKI SPEKTROSKOPII LASEROWEJ ROZDZIELCZEJ W CZASIE prof. Halina Abramczyk Laboratory of Laser Molecular Spectroscopy

WYKŁAD 2 Podstawy spektroskopii wibracyjnej, model oscylatora harmonicznego i anharmonicznego. Częstość oscylacji a struktura molekuły Prof. dr hab.

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA / /20 (skrajne daty)

Kompaktowe pułapki magnetooptyczne w stronę kondensatu Bosego-Einsteina. Aleksander Gajos

Jony molekularne w pułapce Paula

Właściwości światła laserowego

Wstęp do Optyki i Fizyki Materii Skondensowanej

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 3, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Wykład 17: Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Rozmycie pasma spektralnego

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Trzy rodzaje przejść elektronowych między poziomami energetycznymi

Pułapka magneto optyczna. i nieliniowa spektroskopia zimnych atomów rubidu.

n n 1 2 = exp( ε ε ) 1 / kt = exp( hν / kt) (23) 2 to wzór (22) przejdzie w następującą równość: ρ (ν) = B B A / B 2 1 hν exp( ) 1 kt (24)

Różnorodne zjawiska w rezonatorze Fala stojąca modu TEM m,n

Transkrypt:

Podsumowanie W1 Lasery w spektroskopii atomowej/molekularnej a) spektroskopia klasyczna b) spektroskopia bezdopplerowska 1. Spektroskopia nasyceniowa - wiązki pompująca & próbkująca oddziaływanie selektywne prędkościowo widma bezdopplerowskie T N N 1 nasycenie selekcja prędkości. Spektroskopia dwufotonowa - kompensacja przesunięć dopplerowskich związanych z wiązkami przeciwbieżnymi L 0 k 0 k z L 0 k 0 ħ( + k k ) = ħ D Laser N () Wielkie eksperymenty fizyki atomowej -pomiar przesunięcia Lamba podstawowego stanu wodoru (równoczesny pomiar widm linii Ly i H autokalibracja energii przejść) JZ na podst W. Gawlika 014/13 1/17 1

Równoczesny pomiar widma H i Ly (przes. Lamba 1S) laser barwnikowy laser N 486 nm H 5 4 3 43 486 S 11.5 P ampl. 1 43 skala częstości x 43 nm 43 nm H Ly H S=81619 MHz JZ na podst W. Gawlika 014/13 /17

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 1-100 V _ + JZ na podst W. Gawlika 014/13 3/17

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 na podst W. Gawlika 014/13 4/17

Pułapka Paula obserwacja jonów: 1989 W. Paul (wspólnie z H. Dehmeltem i N. Ramseyem) pojedyncze jony odparowanie (71 szt): JZ na podst W. Gawlika 014/13 5/17

Eksperymenty z pojedynczymi jonami obraz jonu jon Liniowa pułapka jonowa q. computing? JZ na podst W. Gawlika 014/13 6/17

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 na podst W. Gawlika 014/13 7/17

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/ -1 10-10 s Yb + D 5/ S 1/ F 7/ τ 5.4 9.3 3.6 lat Linie widmowe E3: 3 # skoków 171 Yb + 15 # skoków 17 Yb + 10 1 L 5 L -504-50 -500-498 MHz 70 71 7 73 MHz JZ na podst W. Gawlika 014/13 8/17

Spowalnianie i pułapkowanie atomów światłem siły optyczne: siła spontaniczna (siła ciśnienia światła) F rp przekaz pędu (ciśnienie światła) F rp G( k 0 ( k v) / 1 G( 1 G( 1 DE( I( I S siła dipolowa (reaktywna) klasyczne wciąganie dielektryka (>0, n>1) do pola el. G( (niejednorodnego) F d ( k v) ( k v) / 1 G( 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 na podst W. Gawlika 014/13 9/17

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 0 000 fotonów do zatrzymania @ 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 na podst W. Gawlika 014/13 10/17

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 G( r F rp k ( k v) / 1 G( Fotony pochłonięte mają energię mniejszą niż reemitowane opóźniająca siła (chłodzenie) ) JZ na podst W. Gawlika 014/13 11/17

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 na podst W. Gawlika 014/13 1/17

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 na podst W. Gawlika 014/13 13/17

? 1-D 3-D I I JZ na podst W. Gawlika 014/13 14/17

N 10 6 at. Rb 85, T 100 K Pomiar temperatury: @ T 0,0001 K atom 30 cm/sek 0 czas przelotu JZ na podst W. Gawlika 014/13 15/17

Ograniczenia? A) temperatury chłodzenie - p = Nħk L średnia prędkość = 0 absorpcja - em. spont. grzanie dyfuzja pędu dyspersja prędkości 0 k B T D =D/k=ħ/ granica Dopplera (Na: 40 K, Rb: 140 K) B) gęstości atomów uwięzienie promieniowania k abs k em max = 10 11 10 1 at/cm 3 JZ na podst W. Gawlika 014/13 16/17

Siły dipolowe (reaktywne nie chłodzą!) F d G( ( k v) ( k v) / 1 G( pole E polaryzacja ośrodka: D ind = E oddz. D E = - E I( > < 0 adresowanie q-bitów? I( I( 0 U( r > 0 U( r < 0 k B T 0 JZ na podst W. Gawlika 014/13 17/17