SRP om laserkøling i Fysik A og Matematik A

Indledning

Jeg har skrevet SRP-opgave om atomar køling med det formål at forstå, hvordan man kan opnå kolde atomer, og hvor dette kan anvendes. For at give svar på de fem opgaver i opgaveformuleringen vil jeg disponere således: Jeg vil først kort introducere emnet samt nævne de vigtigste perspektiver ved atomar køling og dermed give et billede af, hvad dette studie bringer af nye opdagelser og anvendelser (opgave 3). Dernæst vil jeg gennemgå, hvordan atomer opfører sig på atomart plan, og hvordan såkaldte atomare energiovergange kan studeres spektroskopisk (opgave 1-2). Dette skal danne baggrund for det efterfølgende afsnit, hvor jeg vil forklare, hvordan den atomare køling realiseres (opgave 3). Der vil desuden følge en gennemgang af ionfælder til indfangnig af ladede partikler med udgangspunkt i opbygningen af den lineære Paulfælde, der anvendes på Institut for Fysik og Astronomi (IFA) på Aarhus Universitet (opgave 4). Jeg vil beskrive partiklers bevægelse i denne fælde og nævne løsninger til, hvordan man indfanger partikler og bringer dem i ligevægt med fælden (opgave 4). Der vil afsluttende være en eksperimentel del, hvor jeg vil redegøre for et forsøg med den lineære Paulfælde til bestemmelse af en levetid for en atomar tilstand i

Ca

-ioner (opgave 5).

Introduktion og perspektivering

Følgende er en generel introduktion til emnet atomar køling samt en oversigt over nogle af perspektiverne ved ionfælder og atomar køling. Det er bl.a. svar på første del af opgave 3 i min opgaveformulering: Hvorfor ønsker man at studere kolde atomer? Afsnittet er baseret på Christopher Monroe and John Bollingers artikel Atomic physics in ion traps samt et foredrag af vejleder Klaus Højberre, Ph.D.-studerende på IFA, Aarhus Universitet, som til daglig arbejder med instituttets Paulfælde.

Problemet med frie atomer

Forskere ønsker at kunne kontrollere atomer for at gøre nye opdagelser om atomfysikken. Problemet er, at frie atomer ved stuetemperatur flyver rundt med høje hastigheder i tilfældig retning og støder ind i hinanden og udvikler varme. For at løse dette problem anvender man bl.a. laserkøling. Med køling menes, at man bremser atomerne. Det skyldes, at atomers høje hastigheder er udtryk for en høj temperatur. For neutrale atomer har nyeste teknikker ledt til opfindelsen af et såkaldt Bose-Einstein kondensat, som kan køle helt ned til temperaturer på få nanokelvin.