Магнито-оптическая ловушка

Магнито-оптическая ловушка (MOT) — устройство, которое используется для лазерного охлаждения и магнито-оптического захвата для получения групп холодных, нейтральных атомов при температурах порядка нескольких сотен или десятков микрокельвинов.

Схема экспериментальной магнито-оптической ловушки. Синим показаны катушки, красным — лучи лазеров.

Данный метод позволяет захватывать нейтральные атомы, в отличие от ловушек Пеннинга и Пауля которые работают только с заряженными частицами.

ИсторияПравить

Спроектирована и реализована в 1987 году Стивеном Чу (Bell Labs). В первоначальной установке использовалось доплеровское охлаждение, были достигнуты температуры порядка 600 микрокельвинов (300—1000 мкК), время удержания более 2 минут, плотность нейтральных атомов Na 2*10^11 ат/см³, количество атомов более 10^7.

За создание МОТ и исследования с её применением Стивен Чу был удостоен Нобелевской премии по физике 1997 года.

УстройствоПравить

 

Схема полей в МОТ. Синим показаны катушки в конфигурации anti-Helmholtz. Буквами σ обозначены встречные лучи лазера по оси X, лазеры по осям Y и Z не показаны для простоты. В центре обозначено охлажденное облако.

Магнито-оптическая ловушка является развитием первоначальной схемы Стива Чу по охлаждению атомов в оптической патоке. Охлаждение происходило в вакуумной камере, в области, в которой пересекались шесть лазерных охлаждающих пучков (по два вдоль каждой оси, часто получают при помощи 3 лазеров и 3 зеркал). Из-за действия силы тяжести охлажденные атомы быстро, за время порядка одной секунды, выпадали из охлаждаемой области. Для компенсации притяжения в установке при помощи двух соленоидов создавалось квадрупольное магнитное поле. Соленоиды размещаются соосно перед и после области патоки, в конфигурации, сходной с кольцами Гельмгольца. В отличие от схемы Гельмгольца ток в катушках течет в противоположных направлениях.

ПрименениеПравить

 

Облака рубидия-85 в МОТ.

MOT часто используются как первый этап в получении конденсата Бозе-Эйнштейна, в том числе использовались в экспериментах по атомным лазерам

Могут использоваться в атомных часах повышенной точности.

Охлажденный в MOT ¹³³Cs использовался для получения наиболее точных измерений нарушения CP.

ОграниченияПравить

Для большинства атомов минимальная температура, достижимая в МОТ, ограничена доплеровским пределом. Эффективному охлаждению до более низких температур (субдоплеровскому охлаждению) препятствует наличие магнитного поля. Для некоторых редкоземельных атомов, например Тулия и Эрбия, удается достичь температур на порядок более низких, чем доплеровский предел.

См. такжеПравить

• Оптическая патока (англ.)

ЛитератураПравить

• The Nobel prize in physics 1997  (неопр.). Nobelprize.org (15 октября 1997). Дата обращения: 11 декабря 2011. Архивировано 16 мая 2012 года.
• Raab E. L. , Prentiss M., Cable A., Chu S., Pritchard D.E. Trapping of neutral sodium atoms with radiation pressure (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1987. — Vol. 59, no. 23. — P. 2631—2634. — doi:10.1103/PhysRevLett.59.2631. — Bibcode: 1987PhRvL..59.2631R. [1]
• Metcalf, Harold J. and Straten, Peter van der. Laser Cooling and Trapping (неопр.). — Springer-Verlag New York, Inc, 1999. — ISBN 9780387987286.
• Foot, C.J. Atomic Physics (англ.). — Oxford University Press, 2005. — ISBN 9780198506966.
• Monroe C., Swann W., Robinson H., Wieman C. Very cold trapped atoms in a vapor cell (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1990. — 24 September (vol. 65, no. 13). — P. 1571—1574. — doi:10.1103/PhysRevLett.65.1571. — Bibcode: 1990PhRvL..65.1571M. — PMID 10042304.
• Liwag, John Waruel F. Cooling and trapping of 87Rb atoms in a magneto-optical trap using low-power diode lasers, Thesis 621.39767 L767c (1999)
• K B Davis, M O Mewes, M R Andrews, N J van Druten, D S Durfee, D M Kurn, and W Ketterle. Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 1997. — 27 November (vol. 75, no. 22). — P. 3969—3973. — doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969. — Bibcode: 1995PhRvL..75.3969D. — PMID 10059782.

СсылкиПравить

• Атомы в оптической патоке. Ю. К. Джикаев, кфмн
• Развитие методов охлаждения и пленения атомов с помощью лазерного света. Нобелевские лекции по физике 1997 // УФН март 1999 т 169 № 3
• Лазерное охлаждение и пленение нейтральных атомов. Нобелевские лекции по физике 1997 // УФН март 1999 т 169 № 3