El enfriamiento sub-Doppler es una clase de técnicas de enfriamiento láser que reducen la temperatura de los átomos y las moléculas por debajo del límite de enfriamiento Doppler . En la implementación experimental, el enfriamiento Doppler está limitado por el ancho de línea natural amplio de los láseres utilizados en el enfriamiento. [1] Sin embargo, independientemente de la transición utilizada, los procesos de enfriamiento Doppler tienen un límite de enfriamiento intrínseco que se caracteriza por el retroceso del momento de la emisión de un fotón de la partícula. Esto se denomina temperatura de retroceso y generalmente está muy por debajo del límite basado en el ancho de línea mencionado anteriormente. [2]
Los métodos de enfriamiento sub-Doppler incluyen melaza óptica , enfriamiento Sisyphus , enfriamiento evaporativo , enfriamiento Raman de espacio libre , enfriamiento de banda lateral Raman , enfriamiento de banda lateral resuelta , enfriamiento de gradiente de polarización , enfriamiento de transparencia inducida electromagnéticamente (EIT) y el uso de una trampa magneto-óptica oscura. Estas técnicas se pueden utilizar de forma independiente o combinadas en una secuencia experimental, dependiendo de la temperatura mínima necesaria y las especificaciones de la configuración individual. Por ejemplo, se utilizó una técnica de tiempo de vuelo de melaza óptica para enfriar sodio (límite Doppler ) a . [3]
Las motivaciones para el enfriamiento sub-Doppler incluyen el enfriamiento del estado fundamental del movimiento, el enfriamiento hasta el estado fundamental del movimiento, un requisito para mantener la fidelidad durante muchas operaciones de computación cuántica .
Una trampa magneto-óptica (MOT) se utiliza comúnmente para enfriar y atrapar una sustancia mediante enfriamiento Doppler. En el proceso de enfriamiento Doppler, la luz roja desafinada sería absorbida por los átomos desde una dirección determinada y reemitida en una dirección aleatoria. Los electrones de los átomos se desintegrarían en estados fundamentales alternativos si los átomos tienen más de un nivel fundamental hiperfino. Existe el caso de que todos los átomos estén en otros estados fundamentales en lugar de los estados fundamentales del enfriamiento Doppler, entonces el sistema no puede enfriar más los átomos.
Para resolver este problema, la otra luz de rebombeo incidiría sobre el sistema para repoblar los átomos y reiniciar el proceso de enfriamiento Doppler. Esto induciría mayores cantidades de fluorescencia emitidas por los átomos, que pueden ser absorbidas por otros átomos, actuando como una fuerza repulsiva. Debido a este problema, el límite Doppler aumentaría y es fácil de cumplir. Cuando hay un punto oscuro o líneas en la forma de la luz de rebombeo, los átomos en el medio del gas atómico no serían excitados por la luz de rebombeo, lo que puede disminuir la fuerza de repulsión de los casos anteriores.
Esto puede ayudar a enfriar los átomos a una temperatura más baja que el límite de enfriamiento Doppler típico. Esto se llama trampa magneto-óptica oscura (DMOT). [4]
