קירור באמצעות לייזרים – הבדלי גרסאות

טכניקת הקירור באמצעות לייזרים מתבססת על הכוח הרב המופק בתהליך עירור. אור בתדירות הרזוננס של האטום יכול להיות בעל השפעה כה רבה על האטום מכיוון שכאשר פוטון נבלע באטום ומעורר אלקטרון בו לרמה אנרגטית גבוהה יותר, הוא בעצם מעביר לאטום את התנע שלו. הטכניקה למעשה מסתמכת על הבדל בכמות תהליכי העירור שאטום מסוים עובר, בהתאם לכיוונו ביחס למקור האור- על ציר הקרן. כלומר, יש להבטיח שאטום שינוע לכיוון המקור, ועל כן יואט כתוצאה מספיגת הפוטונים- יספוג הרבה יותר פוטונים מאטום הבורח מהמקור, ועל כן יואץ מספיגת הפוטונים. לצורך כך, בהסתמכות על עקרונות [[אפקט דופלר]], מקרינים על עננת אטומים אותה רוצים לקרר, אור בתדירות נמוכה במקצת מזו הדרושה לצורך תהליך עירור, כלומר- מעט מתחת לסף הרזוננס. כאשר פוטונים של הקרן ואטומים מהעננה ינועו זה לקראת זה- מ"נקודת מבטם" של האטומים לפוטונים יהיה תנע יחסי גדול יותר- כזה שיספיק לצורך עירור. במילים אחרות, התדירות של הפוטונים "תראה" לאטומים גבוהה יותר וכך היא תגיע לסף הרזוננס. זהו תהליך הנקרא [[הסחה לאדום]] והוא תוצאה של אפקט דופלר. במקרה ההפוך, בו אטומים בעננה יברחו מפוטוני הקרן- מ"נקודת מבטם" של האטומים לפוטונים יהיה תנע יחסי קטן יותר, כזה שרחוק עוד יותר מזה הדרוש לצורך עירור. במילים אחרות, התדירות של הפוטונים "תראה" לאטומים נמוכה יותר, והיא תתרחק עוד יותר מהסף הדרוש. זהו תהליך הנקרא [[הסחה לכחול]] וגם הוא תוצאה של אפקט דופלר. עבור כל קשת הכיוונים שבין כיוונים אלו, הסיכוי לעירור יגדל ככל שהזווית בין כיוון תנועת האטומים וכיוון תנועת הפוטונים- תקטן.<br /> כך יוצא, שללא תלות בכיוון ממנו מקרינים על החומר, כמות גדולה מאוד של אטומים שנעים כלפי הקרן יואטו, ואילו כמות כמעט אפסית של אטומים שבורחים מהקרן יואצו.<br />

לאחר תהליך זה, מתבצע תהליך נוסף. בשלבו השני של תהליך עירור, האטומים שעוררו שואפים לחזור למצבם הטבעי. הם פולטים פוטון זהה בתכונותיו (בין היתר בתנע שלו) לפוטון שהתנגש בהם, לכיוון אקראי, על מנת לאזן את האנרגיה. כתוצאה מ[[חוקי ניוטון#החוק השלישי של ניוטון|החוק השלישי של ניוטון]] האטום ירתע באותה עוצמה שבה נפלט הפוטון- בכיוון ההפוך לכיוון הפליטה. מכיוון שהפוטון זהה בתכונותיו לפוטון המתנגש, האטום יצבור תנע זהה לזה שאיבד בספיגה. תהליך זה יכול להשפיע על האטום ב-3 צורות: <br />

-בשנייה, הפוטון ייפלט בכיוון בעל רכיב מהירות אחד שכיוונו הפוך מכיוון תנועת האטום (כל קשת הכיוונים המתוארת בתרשים 2, שלב ב'). מכיוון שהאטום נרתע לכיוון ההפוך, הוא מואץ. ולמרות זאת, האטום יואץ ביחס למהירותו לפני הפליטה בלבד אך מהירותו הכוללת תישאר נמוכה יותר ממהירותו לפני הספיגה הראשונית של הפוטון. ההסבר לכך נובע מכך שחיבור וקטורי של שני רכיבי מהירות האטום לאחר הפליטה (המהירות של האטום בכיוון הראשוני, לאחר הספיגה, והמהירות שצבר לאחר הפליטה)- קטן יותר מהמהירות שהייתה לאטום בכיוון הראשוני לפני הספיגה. <br />

-בשלישית, שמתרחשת באחוז קטן מאוד מהמקרים, הפוטון ייפלט לכיוון ההפוך בדיוק מכיוון תנועת האטום. במקרה זה יצבור האטום את כל התנע שאיבד בספיגה ולא יתרחש שינוי במהירותו הכוללת בסוף התהליך. <br />

==מתי לייזר מחמם חומרים==

בקהל הרחב מוכר לייזר כאמצעי מסוכן המשמש להתכה, המסה ואף שריפת חומרים. בסרטי מדע בידיוני ניתן למצוא רובי לייזר ש"מאדים" אדם בתוך שניות, ובתעשייה ניתן למצוא לייזר המשמש לקידוח או חיתוך מתכות חזקות, ולכן אמצעי ה"קירור באמצעות לייזרים" עלול להישמע תמוה. לייזר אכן מסוגל לחמם, להתיך ולהמיס חומרים. ואם זאת ניתן לקרר חומרים באמצעות לייזרים לטמפרוטרות הקרובות לאפס, אליהן לא ניתן להגיע בעזרת שום אמצעי אחר הידוע כיום.<br />

בנוסף, גם בתהליך פליטת הפוטון (בשלב ההתאזנות) יכול האטום להאיץ. מכיוון שהאטום נרתע לכיוון ההפוך מכיוון הפליטה, כל פליטה בכיוון בעל רכיב מהירות שכיוונו הפוך מכיוון תנועת הפוטון הפוגע (קשת הכיוונים המתוארת בתרשים 2, שלב ב'), תגרום להאצה נוספת של האטום. כך יוצא, שבערך ברבע מהמקרים (מבחינה סטטיסטית) האטום יואץ בשני השלבים, ובערך בחצי הוא יואץ בתהליך הספיגה. <br />

יש לציין שכאשר אטום הואץ בתהליך הספיגה, גם אם הפוטון הנפלט מאט את האטום, הוא מאט אותו ביחס למהירות אחרי הספיגה, אך מהירותו הכוללת נותרת גדולה יותר ממהירותו לפני הספיגה (פרט למקרה יחיד בו הפליטה הפוכה בדיוק לכיוון הספיגה- ואז המהירות נותרת כפי שהייתה לפני כל התהליך). <br />