קירור באמצעות לייזרים – הבדלי גרסאות

אין תקציר עריכה
מ (תיקון קישור לדף פירושונים, ביטול קישור כפול)
אין תקציר עריכה
==הטכניקה- קירור דופלרי==
[[קובץ:Laser_cooling_prin.jpg‏|שמאל|ממוזער|250px|העיקרון: קרן לייזר מוקרנת בשני המקרים מאותו הכיוון אל האטום. באטום שבורח מהקרן- לפוטונים אין מספיק אנרגיה בשביל להיספג. עבור האטום שנע אל הקרן- לפוטונים מספיק אנרגיה והרבה מהם ייספגו. את כמות הפוטונים הנספגים אפשר להסיק מכמות הפוטונים הנפלטים הזהה לה]]
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 לאדוםלכחול]] 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 לכחוללאדום]] 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 />
-בראשונה, הפוטון ייפלט בכיוון בעל רכיב מהירות ([[וקטור (פיזיקה)|וקטורי]]) אחד שכיוונו זהה לכיוון תנועת האטום (כל קשת הכיוונים המתוארת בתרשים 2, שלב א') ומכיוון שהאטום נתרע לכיוון ההפוך, הוא מואט בשנית. זוהי אפשרות אידאלית, אבל התהליך הינו אקראי לחלוטין ולכן לא ניתן להבטיח שזו תתקיים כל פעם. <br />
 
==נוסחאות וחישובים מתמטיים==
===אפקט דופלר והסחה לאדוםלכחול===
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 הינה [[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 />
משתמש אלמוני