Streszczenie W10: dośw. Sterna-Gerlacha (wiązka atomowa – kwantyzacja przestrzenna spinów – selekcja stanu kwantowego) szerokość linii spektr. (mechanizmy rozszerzenia) rozszerz. dopplerowskie naturalna szerokość linii spektralnych  metoda wiązek molekularnych (Stern-Gerlach) N S B A B=0 Brf dośw. Lamba-Retherforda – radiospektroskopia H2 H 2700 K wzbudz. do n=2 2S, 2P (10 eV) Ly (121,5 nm) N S w A  przesunięcie Lamba 2S-2P Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Radiospektroskopia dla r.f. A21<<B21   precyz. pomiar b. małych str. spektr. 2 1 dla r.f. A21<<B21 B Idet En. m=+1/2 ħ m=-1/2 konieczna różnica populacji:  0.5 1 fi  2/ P()  selekcja stanów w exp. Sterna-Gerlacha  różnica czasów życia (2S, 2P w dośw. L.-R.)  pompowanie optyczne rezonans: optyczny, NMR,.. zasada zachow. energii Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Pompowanie optyczne: rezonans optyczny – zasada zachow. energii ħ= ħfi 1966, Alfred Kastler foton niesie też kręt – zas. zachow. mom. pędu (W. Rubinowicz, 1932)    ħ  absorpcja fotonu zmienia rzut krętu atomowego 2P1/2 2S1/2 mJ= –1/2 +1/2 detektor + B 2P1/2 2S1/2 mJ= –1/2 +1/2 detektor + B czas sygnał z detektora natężenie światła  różnica populacji (orientacji krętu J)  rezonans między mJ= –1/2 i +1/2 selekcja stanów kwantowych (S.-G.) met. spinowej polaryzacji tarcz gazowych („magnesowanie gazu”), Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Podwójny rezonans (optyczno-radiowy) Pompowanie optyczne – podwójny rezonans 2P1/2 2S1/2 mJ= –1/2 +1/2 detektor + B 2P1/2 2S1/2 mJ= –1/2 +1/2 detektor + B B1cost BgJB  Idet B En. m=+1/2 ħ m=-1/2 Podwójny rezonans (optyczno-radiowy) szer. linii rezonansowej b. mała (stan podstawowy)  b. precyz. pomiary (ograniczenie: zderzenia) B1=0 B10 częst. przejść od Hz do GHz  „wzmacniacz kwantowy”: kwanty r.f. (10-12 eV) wyzwalają fotony optyczne (eV)  b. duża czułość  gaz buforujący Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

pompowania optycznego: Zastosowania liczne! magnetometry – pomiar częst. rez. między podpoz. zeem. (cz. Larmora)  pomiar B (dokładność porówn. ze SQUID-em) + B? B1cost  = E/ħ = (m gJ B /ħ) B zegary atomowe – induk. rez. między poziomami str. nsbt. m=0 – m’=0 (słabo zależą od zewn. czynników – dobry wzorzec częstości) masery m’=0 m=0 B F’=2 0 F=1 0  Idet obrazowanie medyczne (spolaryz. 3He*, 129Xe) przygot. czystych stanów kwant. np. do kryptografii kwantowej etc... etc... Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Interferencja stanów atomowych 1 1. Dudnienia kwantowe Superpozycja niezdegenerowanych stanów atomowych  stan niestacjonarny (Np. W9) e1 e2 g wzbudzenie: dwie spójne linie, lub jedna szeroka spektralnie powrót do stanu podst. – emisja światła o natężeniu  |D|2 time Iem (t) człon interferencyjny  Dudnienia kwantowe  pomiar bez rozszerz. dopplerowskiego Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Interferencja stanów atomowych 2 2. Skrzyżowanie poziomów (level-crossing) Superpozycja zdegenerowanych stanów atomowych  stan stacjonarny Energia A/2 0 - A 0 B e1 e2 g Przykład: ef. Backa- Goudsmita: 21(B) =0 @ B=BLevCross BLC B Ī (B) Ī (B)=A1+A2+C(B)  met. wyznaczania str. poz. energet.  Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Skrzyżowanie poziomów – c.d.  w B=0 poziomy też się przecinają: 21(B) =0 @ B=0 Np. Jg=0 – Je=1 En. 0 B Jg=0 m=+1 m= 0 m=–1 Je=1 ważne reg. wyboru: m= 0, 1  obserwujemy przecięcia poziomów z m= 1, 2 Ī (B)=A1+A2+C(B) 0 B B Ī (B) szerokość skrzyż. poz.: E  B/(gJ B m) met. wyznacz. czasów życia  =1/ efekt Hanlego Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Interferencja stanów atomowych 3 ograniczenie zdolności rozdzielczej - czas oddział. z polem (czas pomiaru) – np. w met. wiązek molekularnych (I. Rabi): 0  /d Sygnał Det. (analiz.) Pol. d pole EM;  0 Gdy dokładność pomiarów ograniczona (szum): Dokładność pomiarów  gdy:   spowalniać d   rozszerzać 0  Sygnał  szum 0   Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Interferencja stanów atomowych 4 Metoda Ramsey’a 1989, Norman Ramsey D 0 /d /D ħ0 dodawanie amplitud  sygnał: T = D/ 0  /d S() /D prążki Ramsey’a Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11

Interferencja stanów atomowych 4 analogia z dośw. Younga: S P I(P) = I1+I2+I1I2 cos SP ___ g g’ e’ e dla prążków Ramsey’a analogia z interferometrem Macha-Zendera: Wojciech Gawlik - Wstęp do Fizyki Atomowej, 2003/04. wykład 11