El enfriamiento evaporativo es una técnica de física atómica para lograr altas densidades de espacio de fase que las técnicas de enfriamiento óptico por sí solas normalmente no pueden alcanzar. [1]
Los átomos atrapados en trampas ópticas o magnéticas se pueden enfriar por evaporación mediante dos mecanismos principales, generalmente específicos del tipo de trampa en cuestión: en las trampas magnéticas, se utilizan campos de radiofrecuencia (RF) para expulsar selectivamente átomos calientes de la trampa induciendo transiciones entre trampas y trampas. y estados de giro sin atrapamiento; o, en las trampas ópticas, la profundidad de la trampa disminuye gradualmente, permitiendo que los átomos más energéticos de la trampa escapen por los bordes de la barrera óptica. En el caso de una distribución de Maxwell-Boltzmann para las velocidades de los átomos en la trampa, estos átomos que escapan/son expulsados de la trampa se encuentran en la cola de mayor velocidad de la distribución, lo que significa que su energía cinética (y por tanto su temperatura) es mucho más alto que el promedio de la trampa. El resultado neto es que mientras la población total de la trampa disminuye, también lo hace la energía media de la población restante. Esta disminución de la energía cinética media de la nube de átomos se traduce en una disminución progresiva de la temperatura de la trampa, enfriando la trampa.
El proceso es análogo a soplar una taza de café para enfriarla: las moléculas en el extremo más alto de la distribución de energía del café forman un vapor sobre la superficie y luego se eliminan del sistema al soplarlas, disminuyendo la energía promedio. y, por tanto, la temperatura, de las moléculas de café restantes.
El enfriamiento por evaporación inducido por radiofrecuencia (RF) es el método más común para enfriar por evaporación átomos en una trampa magnetoóptica (MOT). Considere los átomos atrapados enfriados por láser en una transición |F=0⟩ → |F=1⟩. Los subniveles magnéticos del estado |F=1⟩ (|m F = -1,0,1⟩) están degenerados para un campo externo cero. El campo magnético confinante del cuadrupolo, que es cero en el centro de la trampa y distinto de cero en el resto, provoca un desplazamiento de Zeeman en los átomos que se desvían del centro de la trampa, elevando la degeneración de los tres subniveles magnéticos. La energía de interacción entre el momento angular de espín total del átomo atrapado y el campo magnético externo depende de la proyección del momento angular de espín sobre el eje z, y es proporcional a
Si bien la primera observación de la condensación de Bose-Einstein se realizó en una trampa atómica magnética utilizando enfriamiento evaporativo impulsado por RF, las trampas dipolares ópticas son ahora plataformas mucho más comunes para lograr la condensación. Comenzando en una MOT, los átomos fríos atrapados se transfieren al punto focal de un rayo láser de alta potencia, estrechamente enfocado y fuera de resonancia. El campo eléctrico del láser en su foco es lo suficientemente fuerte como para inducir momentos dipolares en los átomos, que luego son atraídos al máximo del campo eléctrico en el foco del láser, creando efectivamente un potencial de captura para mantenerlos en el foco del haz.
La profundidad del potencial de captura óptica en una trampa dipolo óptica (ODT) es proporcional a la intensidad de la luz láser atrapada. Por lo tanto, al disminuir la potencia del rayo láser de captura se reduce la profundidad del potencial de captura. En el caso de la evaporación impulsada por RF, la altura real de la barrera potencial que confina los átomos se fija durante la secuencia de evaporación, pero la cuchilla de RF efectivamente disminuye la profundidad de esta barrera, como se discutió anteriormente. Sin embargo, en el caso de una trampa óptica, la evaporación se facilita disminuyendo la potencia del láser y, por tanto, reduciendo la profundidad del potencial de captura. Como resultado, los átomos más calientes en la trampa tendrán suficiente energía cinética para poder atravesar las paredes de la barrera y escapar de la trampa, reduciendo la energía promedio de los átomos restantes como se describió anteriormente. Si bien las profundidades de las trampas para ODT pueden ser poco profundas (del orden de mK, en términos de temperatura), la simplicidad de este procedimiento de evaporación óptica ha ayudado a hacerlo cada vez más popular para los experimentos de BEC desde sus primeras demostraciones poco después de la producción de BEC magnético. [3]
