Streszczenie W13 Spektroskopia nasyceniowa  selekcja prędkości + nasycenie 0 Laser T D   0 kz Spektroskopia dwufotonowa.

Prezentacja na temat: "Streszczenie W13 Spektroskopia nasyceniowa  selekcja prędkości + nasycenie 0 Laser T D   0 kz Spektroskopia dwufotonowa."— Zapis prezentacji:

1 Streszczenie W13 Spektroskopia nasyceniowa  selekcja prędkości + nasycenie  Laser T D   kz Spektroskopia dwufotonowa Parity (+) 1 (+) ħ2 ħ1 = ħ(2 + k• – k•) = 2 ħ    N2() Pułapki jonowe: – siły Kulomba  pułapki Penninga, Paula  pojedyncze jony mogą być pułapkowane i oglądane Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

2 Przeskoki kwantowe Obserwacja
1989 H. Dehmelt Mech. Kwant. przewiduje eksponencjalną lub periodyczną zależność Pif(t), ale to dotyczy prawdopodobieństw. W konkretnej realizacji nieciągłe przeskoki kwantowe Obserwacja – 1 atom (jon) z przejściem dozwolonym i wzbronionym ze stanu podst., wzbudzanymi jednocześnie dwiema wiązkami świetlnymi: 1 kwant niebieski steruje strumieniem fotonów fioletowych: Idet czas Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

3 w National Phys. Lab. Teddington (U. K
w National Phys. Lab. Teddington (U.K.)  „global atomic clock” (Dehmelt) przy pomocy elektrycznego oktupolowego promieniowania (E3) Zderzenia  pojedynczy jon Yb+ w pułapce Paula Eksperyment 467 nm  369 nm 2S1/2 2P1/2 2D5/2 2F7/2 Yb+ -1  s 5 15 10 L # skoków MHz 1 2 3 MHz 172 Yb+ 171 Yb+ Linie widmowe E3: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

4 20 000 fotonów do zatrzymania
Jak chłodzić atomy? Podstawy chłodzenia i pułapkowania atomów światłem laserowym –  S.Chu,C.Cohen-Tannoudji,W.Phillips CHŁODZENIE ATOMÓW FOTONAMI (siły spontaniczne): atomy sodu: M=23,  = 590 nm v = 600 m/s 400 K) wiązka lasera wiązka atomów po zabsorb. 1 fotonu: vR = ħk/M = 3 cm/s  fotonów do zatrzymania @ I = 6 mW/cm2 czas zatrzymania: 1 ms droga hamowania: 0,5 m przyspieszenie: 106 m/s2 p =  ħ kabs -  ħ kem = N ħ kL – 0 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

5 GAZ ATOMOWY ? dwie przeciwbieżne wiązki laserowe (ta sama częstość; L < 0) 0 L L Dla L< 0, efekt Dopplera dostraja atomy do rezonansu z przeciwbieżnymi wiązkami  L siła Fotony pochłonięte mają energię mniejszą niż reemitowane opóźniająca siła (chłodzenie)  Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

6 Wypadkowa siła: F  -v siła chłodzenie Dla małych prędkości:
vz siła Dla małych prędkości: F  -v chłodzenie „lepkość”  OPTYCZNA MELASA zerowa siła dla v=0 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

7 B(x) zimne atomy? Jak pułapkować + -  siła zależna od położenia:
pułapka atomowa F(x)  -x  siła zależna od położenia: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

8 ? 1-D  3-D I Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

9    Pomiar temperatury: czas przelotu N  106 at. Rb85, T  100 K
Pomiar temperatury:    Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

10 Ograniczenia ? A) temperatury B) gęstości atomów
chłodzenie - p = NħkL średnia prędkość = 0 absorpcja - em. spont.  grzanie  dyfuzja pędu dyspersja prędkości  0 kBTD=D/k=ħ/2  granica Dopplera   (Na: 240 K, Rb: 140 K) kabs kem   uwięzienie promieniowania B) gęstości atomów max = 1011 – 1012 at/cm3 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

11 (reaktywne – nie chłodzą!) Siły dipolowe
pole E  polaryzacja ośrodka: Dind=  E  oddz. D • E = - E2  I(r)   0 < > adresowanie q-bitów ? kBT I(r) U(r) r  > 0 I(r) U(r) r  < 0 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

12 Jeszcze niższe temperatury niż w MOT?
emisja spont. ~ K limit „ciemne pułapki” – bez światła optyczne U=-DE magnetyczne U=-B siły dipolowe nie chłodzą!  odparowanie  100 nK 100 K 300 K MOT MT Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

13 III zasada termodynamiki
Nie można osiągnąć Zera Absolutnego ! III zasada termodynamiki możemy się tylko zbliżać: 300 K  30 cm 100 K  10 cm 1 K  1 mm Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

14 Obserwacja – diagnostyka:
400 nK 200 nK 50 nK kondensacja Bosego –Einsteina Rb87 1995 - E. Cornell & C. Wieman (JILA) Rb87 R. Hulet (Rice) Li7 W. Ketterle (MIT) Na23 kondensat Bosego-Einsteina ( ) bozony (F=0, 1, 2, ...) Charakterystyki kondensatu: wąskie maksimum w rozkładzie prędkości ampl. maksimum  gdy T kształt chmury odtwarza kształt studni potencjału Nobel 2001 Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

15 Kondensacja 1o rozkład populacji dla bozonów:
= energia, m = pot. chem. , b = 1/kBT normalizacja liczby cząstek: (r(e) = gęstość stanów energ.) poniżej temp. krytycznej:  całka << N,  większość cząstek w stanie podst. Ketterle, PRL 77, 416 (1996) Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

16 Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie
Kondensacja 2o Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie (Nobel 1929) fale materii: gęstość n, śr. odl. cząstek: n -1/3 degeneracja kwantowa, gdy Rzędy wielkości: gaz 900K, n  1016cm-3, n -1/3  10-7 m, dB  m dB << n -1/3 104 atomów w typowej pułapce: Tc ~ 100 nK dB  n -1/3  cały atom – bozon lub fermion (całkowity kręt! – np. F) atomy w pułapce: - poziomy energetyczne skwantowane „efekt wysoko-temperaturowy”: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

17 Doświadczenia z BEC: Optyka fal materii (dB=h/mv) – Optyka Atomów
spójne fale  interferencja ”laser atomowy” MIT NIST MPQ Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

18 boson/fermion, fermion/fermion
Zimne fermiony (F=1/2, 3/2, 5/2, ...)  nie termalizują (zakaz Pauliego)  chłodzenie pośrednie boson/fermion, fermion/fermion  1999 D. Jin (JILA) K40 2001 R. Hulet (Rice)  Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

19 Fizyka ultra-rzadkiej materii skondesowanej :
* sieci optyczne: 1D 3D * Nadciekłość Wiry: Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

20 * Przejście fazowe Motta
Fizyka ultra-rzadkiej materii skondesowanej : * Przejście fazowe Motta atomy uwolnione z sieci interferują, gdy spójne spójność f. falowej kondensatów w różnych węzłach  nadprzewodnictwo spójność niszczy zwiększenie bariery potencjału proces odwracalny: nadprzewodnik-izolator- nadprzewodnik [MPQ – Garching] Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

21 micro – BEC (Garching & Tubingen)
Rb atomów czas ładowania 8 s czas chłodzenia 2,1 s prąd 2A Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

22 “Całkowicie optyczny” kondensat
May 2001, M. Chapman (GeorgiaTech) Optyczna pułapka dipolowa U= -DE (światło nierezonansowe, aby uniknąć em. spont.) różne stany magnetyczne (dośw. Sterna-Gerlacha) Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14

23 Model Bohra, liczby kwantowe. Stabilność orbit atomowych a relacja nieoznaczoności. Defekt kwantowy, poziomy energetyczne atomów wieloelektronowych. Przybliżenie pola centralnego. Kolejność zapełniania powłok elektronowych, układ okresowy pierwiastków. Efekty wymiany, poziomy energetyczne atomu helu. Struktura subtelna, oddziaływanie spin-orbita, sprzężenie L-S i j-j. Podstawy modelu wektorowego, zastosowanie do ef. Zeemana, czynnik Landego Magnetyzm atomowy, efekty Zeemana i Paschena-Backa, pola pośrednie. Struktura nadsubtelna, efekt izotopowy, ef. Backa-Goudsmita. Atom w polu elektrycznym. Struktura poziomów energetycznych i widma cząsteczek. Przybliżenie dipolowe, reguły wyboru. Stany niestacjonarne, rezonans optyczny, polaryzacja w ef. Zeemana. Doświadczenie Francka-Hertza (jak i po co?). Doświadczenie Sterna-Gerlacha (jak i po co?). Doświadczenie Lamba-Retherforda (jak i po co?). Ograniczenia dokładności pomiarów spektroskopowych i sposoby ich eliminacji. Pompowanie optyczne (podstawy i zastosowania). Spektroskopia laserowa, nasycenie i selekcja prędkości i ich zastosowania do eliminacji rozszerzenia dopplerowskiego. Pomiar przesunięcia Lamba stanu 1S (dlaczego i jak?) Pułapki jonowe (jak i po co?). Przeskoki kwantowe i ich obserwacja. Siły optyczne, chłodzenie i pułapkowanie neutralnych atomów. Atomy bozonowe i fermionowe w ultra niskich temperaturach. Tematy na egzamin Wojciech Gawlik - Struktury Atomowe i Molekularne, 2004/05. wykład 14