Atomların Lazerle Soğutulması

Eğer atomlara giren bir lazer ışığındaki fotonlara, onlardan çıkan lazer ışığındaki fotonlardan daha fazla enerji yüklerseniz, o zaman bu atomlar soğutulmuş olur. Atomların lazerle soğutulması, bir lazer fotonu üzerindeki enerjinin, atomdaki elektronik aktarımının enerji seviyesinden bir miktar azalmasıdır. Fotonlar üzerindeki Doppler kızıl kaymaları yüzünden lazer ışınına doğru ilerleyen atomlar, aksi yönde giden atomlara kıyasla daha fazla fotonu emer. Emilen fotonlar atomu rasgele yönlere doğru terk etmeye başlar ve bu da ivmenin düşmesine ve kinetik enerjinin azalmasına yol açar. Bunun sonucunda da atomların ısısı azalır zira bir atomun ısısı, kinetik enerjinin ısısını paylaşır.

Atomların yoğunluğunun çok düşün olması gerekir. Bu fikir ilk kez 1975 yılında, ABD'nin Kaliforniya Üniversitesi'nde görevli olan Theodore Hansch ve Arthur Schawlow tarafından ortaya atıldı. Bundan tam on yıl sonra, AT&T Bell Laboratuvarları'nda görevli olan Steven Chu, bu fikri uygulamaya koydu. Chu, sodyumu üç çift ışın hüzmesi üreten altı adet lazer ışığı ile soğutarak, 250 Kelvin'e düşürmeyi başardı. Optik pompalama yöntemi kullanıldığında ise sodyumın ısısı 35K'ye, sezyumun ısısı ise 3K'ye düşürüldü.

Doctor David Wineland, atomların lazerle soğutulması teknolojisi üzerinde pek çok çalışma yaptı ve çok daha tutarlı sonuçlar veren yeni nesil atom saatleri kullandı. Son derecede soğuk olan atomlar, bir süre sonra Bose-Einstein yoğuşukluğuna ulaşarak, bir cismin en saf kuantum biçimine dönüşmesine yol açar. Bu durumdaki atomlar üzerinde son derecede net sonuçlar veren araştırmalar yapılabilir. İlginç bir şekilde lazerle soğutulan nesneler üzerinde en tedirgin edici etkiyi Dünya'nın geniş yerçekimi alanı yapar. Atomların lazerle soğutulması alanında gelecekte yapılacak olan çalışmaların yakın uzayda ve düşük yerçekimine sahip ortamlarda yapılması beklenmektedir.