Vorlesungsskript Physik IV - Walther Meißner Institut - Bayerische ...

522 R. GROSS Kapitel 13: Quantenstatistik(a)Spontankraft(b)geringe AbsorptionAtomAtomv|e>rotverstimmtePhotonenDoppler-Effekt|g>vAtomhohe AbsorptionAbbildung 13.13: Prinzip der Laser-Kühlung: (a) Durch Resonanzabsorption eines Lichtquants derEnergie ¯hω A erfährt ein ruhendes Atom eine Kraft in Richtung des einfallenden Photons (Spontankraft).Da die Emission in eine beliebige Richtung erfolgt, erhält man eine Kraft in eine Vorzugsrichtung. (b) Istdas Laserlicht rotverstimmt, so sind nur die sich auf die Laserlichtquelle zubewegenden Atome aufgrunddes Dopplereffekts in Resonanz und absorbieren das Laserlicht stark. Diese Atome werden aufgrundder Spontankraft abgebremst. Die sich von der Laserlichtquelle wegbewegenden Atome würden durchdie Absorption des Laserlichts beschleunigt. Sie sind allerdings aufgrund der Dopplerverschiebung nichtin Resonanz und absorbieren deshalb das Laserlicht nur sehr schwach.∆E(x) = g e µ B m Fe B(x) (13.4.13)gegeben, wobei µ B das Bohrsche Magneton und g e der g-Faktor ist. Zusätzlich werden zwei Laserstrahlenin entgegengesetzter Richtung mit orthogonaler zirkularer Polarisation eingestrahlt. Als Quantisierungsachsefür die Polarisation dient dabei die x-Achse. Beide Laser sind gegenüber dem atomaren Übergangrotverstimmt, d.h. die Laserphotonenenergie ¯hω l ist kleiner als die Energiedifferenz zwischen Grundzustandund angeregtem Zustand für B = 0.Ein abseits des Fallenzentrums (B = 0) ruhendes Atom absorbiert nun bevorzugt Photonen aus demder Auslenkung x entgegengerichteten Laserstrahl, da nur für diesen die Resonanzbedingung und dieAuswahlregeln für atomare Übergänge erfüllt ist, und nicht für den anderen Strahl. Dadurch erfährt dasAtom an jeder Position in dieser Konfiguration eine auf das Fallenzentrum gerichtete Kraft. Die gesamteKraft auf ein bewegtes Atom in der MOT erhalten wir durch die Addition der orts und der bereits obendiskutierten geschwindigkeitsabhängigen Spontankräfte, die durch die beiden Laserstrahlen verursachtwerden. Für einen dreidimensionalen Einschluss müssen wir dieselbe Anordnung für jede Raumrichtungverwenden.VerdampfungskühlungDie durch die Laserkühlung erreichbaren Temperaturen reichen noch nicht aus, um eine Bose-EinsteinKondensation zu realisieren. Um nun die eingeschlossenen Atome noch weiter abzukühlen, greift manzur so genannten Verdampfungskühlung. Verdampfungskühlung bedeutet, dass die Atome oberhalb einerc○Walther-Meißner-Institut