Temperatura de retroceso

Energía impartida a un átomo por la emisión de fotones.

En física de la materia condensada y física atómica , la temperatura de retroceso es un límite inferior fundamental de temperatura alcanzable mediante algunos esquemas de enfriamiento láser . Cuando un átomo se desintegra desde un estado electrónico excitado en reposo a un estado electrónico de menor energía por la emisión espontánea de un fotón , debido a la conservación del momento , el átomo gana un momento equivalente al momento del fotón. Esta ganancia de energía cinética corresponde a la temperatura de retroceso del átomo. ^[1] La temperatura de retroceso es

T_{\text{retroceso}}={\frac {\hbar ^{2}k^{2}}{mk_{\text{B}}}}={\frac {p^{2}}{mk_{\text{B}}}},

dónde

$k$ es la magnitud del vector de onda del fotón,
$m$ es la masa del átomo,
$k B$ es la constante de Boltzmann ,
${\estilo de visualización \hbar}$ es la constante de Planck ,
$p=\hbar k$ es el momento del fotón .

En general, la temperatura de retroceso está por debajo del límite de enfriamiento Doppler para átomos y moléculas, por lo que se necesitan técnicas de enfriamiento sub-Doppler como el enfriamiento Sisyphus ^[2] para alcanzarla. Por ejemplo, la temperatura de retroceso para las líneas D ₂ de átomos alcalinos es típicamente del orden de 1 μK, en contraste con un límite de enfriamiento Doppler del orden de 100 μK. ^[3] Sin embargo, las transiciones de intercombinación de ancho de línea estrecho de átomos alcalinotérreos como el estroncio pueden tener límites Doppler que están por debajo de sus límites de retroceso, lo que permite el enfriamiento láser en trampas magneto-ópticas de línea estrecha hasta el límite de retroceso sin enfriamiento sub-Doppler. ^[4]

El enfriamiento más allá del límite de retroceso es posible utilizando esquemas específicos como el enfriamiento Raman . ^[5] Las temperaturas de sub-retroceso también pueden ocurrir en el régimen de Lamb Dicke , donde la energía de retroceso de un fotón es menor que un cuanto de energía de movimiento; por lo tanto, el estado del átomo no cambia efectivamente por los fotones de retroceso. ^[6]

Referencias

^ Metcalf y van der Straten (1999). Enfriamiento y captura por láser . Nueva York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-98728-2.
^ Cohen-Tannoudji, C. (2004). Átomos en campos electromagnéticos (2.ª ed.). Singapur: World Scientific. ISBN 978-9812560193.
^ Cohen-Tannoudji, Claude N. (1 de julio de 1998). "Conferencia Nobel: Manipulación de átomos con fotones". Reseñas de Física Moderna . 70 (3): 707–719. Bibcode :1998RvMP...70..707C. doi : 10.1103/RevModPhys.70.707 .
^ Stellmer, Simon (2013). "2.7.3 El MOT rojo". Gases cuánticos degenerados de estroncio (PDF) (tesis doctoral). Universidad de Innsbruck . Consultado el 16 de febrero de 2024 .
^ Reichel, J.; Morice, O.; Tino, GM; Salomon, C. (1994). "Enfriamiento Raman de subretroceso de átomos de cesio". Europhysics Letters . 28 (7): 477. Bibcode :1994EL.....28..477R. doi :10.1209/0295-5075/28/7/004. S2CID 250765474.
^ Eschner, Jürgen (2003). "Enfriamiento por láser de iones atrapados". J. Opt. Soc. Am. B . 20 (5): 1003–1015. Código Bibliográfico :2003JOSAB..20.1003E. doi :10.1364/JOSAB.20.001003.

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[Metcalf-1] Metcalf y van der Straten (1999). Enfriamiento y captura por láser . Nueva York: Springer-Verlag. ISBN 0-387-98728-2.

[2] Cohen-Tannoudji, C. (2004). Átomos en campos electromagnéticos (2.ª ed.). Singapur: World Scientific. ISBN 978-9812560193.

[3] Cohen-Tannoudji, Claude N. (1 de julio de 1998). "Conferencia Nobel: Manipulación de átomos con fotones". Reseñas de Física Moderna . 70 (3): 707–719. Bibcode :1998RvMP...70..707C. doi : 10.1103/RevModPhys.70.707 .

[4] Stellmer, Simon (2013). "2.7.3 El MOT rojo". Gases cuánticos degenerados de estroncio (PDF) (tesis doctoral). Universidad de Innsbruck . Consultado el 16 de febrero de 2024 .

[5] Reichel, J.; Morice, O.; Tino, GM; Salomon, C. (1994). "Enfriamiento Raman de subretroceso de átomos de cesio". Europhysics Letters . 28 (7): 477. Bibcode :1994EL.....28..477R. doi :10.1209/0295-5075/28/7/004. S2CID 250765474.

[eschner-6] Eschner, Jürgen (2003). "Enfriamiento por láser de iones atrapados". J. Opt. Soc. Am. B . 20 (5): 1003–1015. Código Bibliográfico :2003JOSAB..20.1003E. doi :10.1364/JOSAB.20.001003.