קירור באמצעות לייזרים – הבדלי גרסאות

מ
clean up, replaced: הינה ← היא (4), הינם ← הם באמצעות AWB
מ (clean up, replaced: הינה ← היא (4), הינם ← הם באמצעות AWB)
==שימושים ושיטות יעילות==
===מלכודת מגנטו-אופטית===
'''מלכודת מגנטו-אופטית''' (באנגלית: '''Magneto-Optical Trap''' או '''MOT''') הינההיא מכשיר המשתמש בטכניקת קירור הלייזר ובשדות מגנטיים על מנת ללכוד אטומים קרים. שימוש במספר קרני לייזר המכוונות לפי טכניקת קירור הלייזר מקרר את האטומים ומונע מהאטום תנועה ספונטנית, ואילו שדות מגנטיים מקוטבים (אשר הכוח המגנטי שהם מפעילים תלוי במיקום האטום) מונעים מהאטומים המקוררים "לזלוג" החוצה ממפגש הקרניים. מלכודת מגנטו-אופטית יכולה לקרר עננת אטומים עד לטמפרטורה של כ- 300μK (מיקרו [[קלווין]])- 0.0003 קלווין, כאשר 0 קלווין הוא [[האפס המוחלט]].
 
===סירופ אופטי===
[[קובץ:OpticalMolasses.gif|שמאל|ממוזער|200px|סירופ אופטי]]
'''סירופ אופטי''' (באנגלית: '''Optical Molasses'''), הוא שם של שיטה יעילה במיוחד של קירור באמצעות לייזרים. סירופ אופטי מורכב מ-3 זוגות של קרני לייזר [[קיטוב|מקוטבות]] מעגלית ומכוונות מעט מתחת לסף הרזוננס. זוגות הקרניים מונחים על שלושת צירי המרחב הראשיים כך שקרניים אלו ייפגשו בנקודה בה נמצאת עננת האטומים אותה מקררים. כל כיוון תנועה של אטום מחולק לשני רכיבי מהירות אנכיים היושבים על צירי המרחב הראשיים, ובכל אחד מצירים אלו ישנן שתי קרניים מנוגדות, שכיוון אחת מהן יהיה מנוגד לכיוון רכיב המהירות. ומכאן, ששיטה זו יעילה כל כך מכיוון שהיא מאפשרת השפעה על כל האטומים בעננה, לא משנה לאיזה כיוון הם נעים, שכן תמיד כיוון שתיים מהקרניים יהיה מנוגד לכיוון רכיבי המהירות של האטום.{{ש}} קירור באמצעות סירופ אופטי מסוגל לקרר אטומים לטמפרטורה של כ-40μK. טמפרטורה זו הינההיא נמוכה יותר מזו המתאפשרת בשימוש במלכודת מגנטו-אופטית, ואף נמוכה מהטמפרטורה המשוערת ש[[#גבול דופלר|גבול דופלר]] קבע כי מתחת אליה לא ניתן לקרר אטומים. על כן, אף על פי שהעיקרון של קירור באמצעות סירופ אופטי נובע מעיקרון הטכניקה הבסיסית, סירופ אופטי נחשב לקירור תת-דופלרי והוא היווה פריצת דרך משמעותית כאשר הוכיח שגבול דופלר אינו מהווה את גבול יכולת הקירור.
 
===מלקחיים אופטיים===
{{הפניה לערך מורחב|מלקחיים אופטיים}}
[[קובץ:Optical_Trap_Ray_Optics_Explanation.jpg|שמאל|ממוזער|280px|תרשים מהערך המורחב, המתאר את פעולת הלכידה על ידי הכוח הפועל בשני מצבים: כאשר החלקיק "זולג" מהמרכז (a), וכאשר החלקיק נמצא במרכז (b)]]
מלקחיים אופטיים הינםהם מכשיר אשר משתמש בעקרון הפעולה של טכניקת הקירור באמצעות לייזרים, לצורך לכידה של חלקיקים. <br />
בניגוד למלכודות אופטיות אחרות או שיטות קירור מרובות, במלקחיים אופטיים ישנה קרן אחת בלבד, ממוקדת בדיוק רב, אשר יוצרת פוטנציאל אופטי יציב. הייחוד של מכשיר זה היא שמלבד היכולת שלו לצמצם את הכוחות הממוצעים הפועלים על החלקיקים, הוא גם מפעיל על החלקיק אותו הוא לוכד כוח, התלוי במיקומו של החלקיק ביחס למרכז הקרן. כך יוצא, שכאשר החלקיק נמצא במרכז (שם צריך להיות "לכוד")- הכוח מופנה אל מקור הלייזר ואינו מופעל על הציר האנכי לכיוון הקרן. לעומת זאת, כאשר החלקיק "זולג" אל מחוץ למרכז, מתחיל לפעול כוח (שגודלו גדל ככל שמרחק החלקיק מהמרכז גדל) בעל רכיב וקטורי שכיוונו על הציר המאונך לכיוון הקרן- אל כיוון המרכז. כך למעשה המכשיר לוכד את החלקיקים במרכז הקרן. זוהי יכולת בעלת משמעות עצומה, שכן היא מקלה ואף מאפשרת יישומים שלא היו אפשריים בעבר, בתחומים רבים בשירות הפיזיקה או הביולוגיה שכוללים יישומים בחלקיקים נייטרלים.
 
==נוסחאות וחישובים מתמטיים==
===אפקט דופלר והסחה לכחול===
כפי שהוסבר, עיקרון הטכניקה מושפע משמעותית מאפקט דופלר, ומ"נגזורתיו"- הסחה לאדום והסחה לכחול. הבסיס לחישוב התדר הדרוש לצורך קירור יעיל נובע ממציאה של האנרגיה הדרושה לצורך עירור ביחס למהירות האטומים בעננה, בהשפעתו של אפקט דופלר. מכיוון שמדובר בגלים אלקטרומגנטיים שמהירותם קבועה, הנוסחה הדדרושה הינההיא [[אפקט דופלר#ניסוח מתמטי|נוסחת דופלר היחסותית]]: <br/>
<math>\ \frac{\lambda_{obs}}{\lambda_{emit}} = \frac{1+v/c}{\sqrt{1-v^2/c^2}} </math> <br />
כאשר- <math>\lambda_{obs}</math> מייצג את אורך הגל ה"נצפה" (על ידי האטומים), <math>\lambda_{emit}</math> מייצג את אורך הגל המופק (האורך שהמקור מפיק באמת), v מייצג את מהירות האטומים ומובע כחיובי כאשר האטומים מתרחקים מהמקור וכשלילי כאשר הם מתקרבים למקור, ו-c הינההיא [[מהירות האור]].
===יחס בין טמפרטורת האטום למהירותו===
כפי שניתן להסיק מחוק החלוקה השווה, קיים יחס ישר בין מהירותו של האטום לבין הטמפרטורה שלו. לפיכך, הטכניקה אשר למעשה מאטה את האטומים בעצם מקררת אותם ומכאן שמה- "קירור באמצעות לייזרים". את היחס בין המהירות והטמפרטורה ניתן להביע על ידי פיתוח של חוק החלוקה השווה, כך: