Der Laserkühlschrank
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Der Laserkühlschrank KALTE MATERIE UND LASER MANUEL KAINZ Makroskopische Quanteneffekte Supraleitung Verlust des elektrischen Widerstands ab einer kritischen Temperatur Suprafluidität Verlust innerer Reibung und nahezu ideale Wärmeleitfähigkeit Kalte Materie Temperaturbereich - Nahe des absoluten Nullpunktes der Temperaturskala - 0K bzw. -273,15°C Tiefste Temperatur ~100pK bzw. 10-10 K Temperatur und mittlere kinetische Energie Ideales Gas Temperatur und mittlere kinetische Energie Ideales Gas 𝐸𝑘𝑖𝑛 = 𝑘𝐵 𝑇 = 𝑚 𝑣² 3 2 1 2 Temperatur und mittlere kinetische Energie Ideales Gas 𝐸𝑘𝑖𝑛 = 𝑘𝐵 𝑇 = 𝑚 𝑣² Maxwell-Boltzmann-Verteilung p(v) 3 2 1 2 Temperatur und mittlere kinetische Energie Ideales Gas 𝐸𝑘𝑖𝑛 = 𝑘𝐵 𝑇 = 𝑚 𝑣² Maxwell-Boltzmann-Verteilung p(v) Die Temperatur eines Gases spiegelt sich also in der kinetischen Energie der Atome wieder 3 2 1 2 Temperatur und mittlere kinetische Energie Ideales Gas 𝐸𝑘𝑖𝑛 = 𝑘𝐵 𝑇 = 𝑚 𝑣² Maxwell-Boltzmann-Verteilung p(v) Die Temperatur eines Gases spiegelt sich also in der kinetischen Energie der Atome wieder Atome abbremsen – Temperatur senken 3 2 1 2 Abbremsen von Teilchen mit Laser Laserstrahl -hohe Intensität -scharfe Bündelung -große Kohärenzlänge Abbremsen von Teilchen mit Laser Laserstrahl -hohe Intensität -scharfe Bündelung -große Kohärenzlänge Vereinfachung durch 2-Niveau-Modell Grundzustand E1 Angeregter Zustand E2 Wechselwirkung über 2-Niveau-Modell Wechselwirkung von Photon und Atom: Photon mit Frequenz 𝜈𝑃 𝜈𝑝 ≥ Δ𝐸 ℎ Wechselwirkung über 2-Niveau-Modell Wechselwirkung von Photon und Atom: Photon mit Frequenz 𝜈𝑃 𝜈𝑝 ≥ Δ𝐸 ℎ ⟹ Absorption ⟹ Angeregter Zustand E2 Wechselwirkung über 2-Niveau-Modell Wechselwirkung von Photon und Atom: Photon mit Frequenz 𝜈𝑃 𝜈𝑝 ≥ Impulsübertrag in jene Richtung, in die sich Δ𝐸 ℎ ⟹ Absorption ⟹ Angeregter Zustand E2 die Photonen bewegen Abgabe des Photons Stimulierte Emission Abstrahlung in Richtung des eingestrahlten Photons Kein Netto-Impulsübertrag auf das Atom Abgabe des Photons Stimulierte Emission Spontane Emission Abstrahlung in Richtung des eingestrahlten Photons Abstrahlung in zufällige Richtung Statistisch gleichverteilt Netto-Impulsübertrag in Vorzugsrichtung der Photonen Kein Netto-Impulsübertrag auf das Atom Abbremsen der Atome Beschleunigung in Vorzugsrichtung der Photonen Abbremsen der Atome Beschleunigung in Vorzugsrichtung der Photonen Einstrahlen von Photonen aus allen Raumrichtungen Abbremsen der Atome Beschleunigung in Vorzugsrichtung der Photonen Einstrahlen von Photonen aus allen Raumrichtungen Zusammenfassung Zusammenhang der Temperatur mit der kinetischen Energie der Teilchen Reduktion der kinetischen Energie bedeutet senken der Temperatur Ausnützung der Impulserhaltung bei Absorption und Emission Gleichförmige Bestrahlung im Raum bremst die Atome Kühlen des Systems
