Ochłodzenie atomów rubidu do temperatury 100 µK w pułapce magneto-optycznej MOT

1. Autorzy: • z IF PAN: K. Kowalski, K. Fronc, M. Głódź, E. Kośnik, L. Lis, Z. Pawlicki, J. Szonert • z Inst. Elektroniki BAN w Sofii: S. Gateva-Kostova, L. Petrov • z Inst. Ciała Stałego BAN w Sofii: E. Dimova-Arnaudova • Pomagali: • z IF PAN: L. Cyruliński i doktoranci: A. Huzandrov i I. Sydoryk • z Inst. Elektroniki BAN w Sofii: E. Alipieva, V. Gerginov • z Uniwersytetu Gdańskiego: R. Napiórkowski Przedstawiamy skonstruowany i uruchomiony pod koniec 2004 roku w IF PAN układ pułapki magneto-optycznej MOT. W obszarze około 1mm3 „zatrzymaliśmy” 107 atomów 85Rb ochłodzonych do temperatury ~ 100 µK. Ochłodzenie atomów rubidu do temperatury 100 µK w pułapce magneto-optycznej MOT Proces chłodzenia sprowadza się do wyhamowania termicznego ruchu atomów poprzez przekaz pędu od rezonansowego fotonu w procesie absorpcji z wiązki laserowej. Każdy taki proces absorpcji fotonu zmniejsza współbieżną z kierunkiem wiązki składową pędu atomu o ĥk. Podczas emisji spontanicznej pęd atomu zmienia się, jednakże jej izotropowy charakter powoduje, że po wielu takich aktach wkład do wartości pędu atomu uśrednia się do zera. Proces pułapkowania i chłodzenia uzyskujemy oświetlając gaz atomów sześcioma przeciwbieżnymi, wzajemnie prostopadłymi wiązkami laserowymi o odpowiednio dobranej częstości oraz polaryzacji. Nieodzowne jest również wytworzenie niejednorodnego pola magnetycznego o rozkładzie kwadrupolowym. Pole to rozsuwa poziomy zeemanowskie zapewniając oddziaływanie wiązek laserowych z wybraną grupą atomów w zależności od ich aktualnego położenia w stosunku do centrum pułapki. Ilustracja oddziaływania ciśnienia światła na atom. a) atom znajdujący się spoczynku absorbuje foton; b) wzbudzony atom uzyskuje pęd hk równy pędowi pochłoniętego fotonu; c) po n aktach absorpcji i emisji, pędy uzyskane w wyniku emisji spontanicznej znoszą się i atom ma sumaryczny pęd nhk. Rozszczepienie poziomów zeemanowskich w jednowymiarowej pułapce magneto-optycznej. W części górnej przedstawiony jest wykres zmian natężenia pola magnetycznego wzdłuż osi pułapki. Poniżej przedstawiono podpoziomy zemanowskie oraz możliwości wzbudzania ich przez laser pułapkujący. Schemat poziomów energetycznych atomu rubidu (85Rb). Liczba spułapkowanych atomów w funkcji czasu. Zależność zarejestrowane poprzez pomiar fluorescencji z chmury zimnych atomów. Całkowite napełnienie pułapki trwa około 3 s. Uzyskano 107 zimnych atomów rubidu. Schemat układu pułapki. Działająca pułapka i jej główny budowniczy K.K. U góry, na środkowym monitorze widać obraz z kamery CCD przedstawiający fluorescencję chmury zimnych atomów rubidu. Komórka próżniowa wraz z elementami optycznymi formującymi wiązki laserowe. System laserów diodowych do chłodzenia i pułapkowania atomów. Ekipa z IF PAN Nasi współpracownicy z Bułgarii; od lewej S. Gateva, E. Dimova, L. Petrov.