ラマンサイドバンド冷却とは? わかりやすく解説

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ラマンサイドバンド冷却

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2020/01/01 13:26 UTC 版)

ラマン冷却」の記事における「ラマンサイドバンド冷却」の解説

この冷却方式では磁気光学トラップ英語版)に閉じ込められ原子から始める。そこで、原子群の重要な部分トラップされるように光格子傾斜させる光格子形成するレーザー十分に強力なら、各サイト調和トラップ見做すことができる。原子群は基底状態はないため、調和振動子励起準位トラップされている。ラマンサイドバンド冷却の目的は、原子格子サイト内の調和ポテンシャル基底状態とらせることである。 量子数 F=1 の基底状態が3重縮退 m=-1, 0, 1 しているような2準位原子考える。磁場印加すると、ゼーマン効果により m の縮退解ける。その値を、 m=-1 と m=0 との間および m=0 と m=1 とのゼーマン分裂格子により形成され調和ポテンシャル準位間の間隔に厳密に一致するよう調整するラマン過程用いることにより、原子磁気モーメント1つ小さく振動準位1つ下の状態に移すことができる(図中赤矢印)。その後格子ポテンシャルの最低振動状態原子(ただし m ≠ 1 {\displaystyle m\neq 1} )を m=1 状態に光ポンピングする( σ + {\displaystyle \sigma _{+}} ビームと π {\displaystyle \pi } ビーム役割)。原子温度ビーム周波数比べて十分に低いため、このポンピング過程中に原子振動状態変化する確率は低い。したがって原子はより低い振動準位になり、冷却が行われる。この、低い振動準位への移送を各ステップ効率的に行うためには、強度タイミングなどのレーザーパラメータ注意深く調整する必要がある一般的にカップリング強度ラビ周波数)は振動準位依存するため、これらのパラメータ振動準位違えば異なる。このナイーブな描写は、この遷移起こす光子反跳英語版)の存在によりさらに複雑化する。この複雑さラム–ディッケ領域呼ばれる領域冷却を行うことにより一般的に避けることができる。この領域では、原子強固にトラップされているためその運動量光子反跳によって実効変化しない。この状況メスバウアー効果似ている。 この冷却方式により、光学的技術のみを用いるよりも高密度の原子群を低温することができる例えば、ボース=アインシュタイン凝縮実現するにはまだ不十分であるが、その種の実験出発点とすることはできる。例えば、セシウムボース=アインシュタイン凝縮初め実現した実験ではラマンサイドバンド冷却が最初のステップとして用いられている。

※この「ラマンサイドバンド冷却」の解説は、「ラマン冷却」の解説の一部です。
「ラマンサイドバンド冷却」を含む「ラマン冷却」の記事については、「ラマン冷却」の概要を参照ください。

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