"Lézerfényben fáznak az atomok"
A ´97-es fizikai Nobel-díjat az atomok lézeres hûtésére és befogására kidolgozott módszeréért Steven Chu, William Phillips és Claude Cohen Tannoudji megosztva kapták.
Nem elírás az alcím, lézerfénnyel már nemcsak fúrni, gravírozni, üzenni és lézershow-t csinálni, hanem hûteni is lehet. Csak egy kis furfang kell hozzá, három Nobel-díjas koponya összefogása.
Az egész módszer abból a felismerésbõl indult ki, hogy a lézerfényben bizony igen hideg van. A hõmérséklet ugyebár az anyagban lévõ részecskék rendezetlen mozgásának sebességeloszlásából számítható. Bár maguk a fotonok igen nagy sebességgel haladnak, ám ahhoz, hogy meghatározzuk, magában a fényben mekkora hõmérséklet uralkodik, nem ezt kell figyelembe vennünk, hanem azt, hogy mekkora az egyes atomok egymáshoz viszonyított rendezetlen hõmozgása. Ez egy "jó" lézerfényben igen kicsi, hisz ott a fotonok mindegyike közel fénysebességgel halad, így egymáshoz képest nem mozognak. (Az abszolút nulla fokot sajnos nem érheti el, de igen jól megközelítheti azt.) Tehát ha valamilyen módszerrel kölcsönhatásba tudnánk hozni a hideg lézerfényt a hûtendõ anyaggal, akkor kiváló hûtõberendezést tudnánk építeni. A baj csak az, hogy ha egy anyagot lézerrel megvilágítunk, akkor az anyag részecskéi elnyelik a fotonok energiáját (impulzusát), és ettõl inkább gyorsulnak, azaz az anyag inkább melegszik, mint hûl. Persze nem mindig van ez így. Például ha az anyagi részecske és a foton ellentétes irányban mozogtak, akkor az ütközés, elnyelés után a részecskének a mozgási energiája kisebb lesz, mint a kölcsönhatás elõtt volt. Feltéve persze ha az atom elnyeli a fotont. A kvantummechanikából ugyanis tudjuk, hogy egy adott atom csak bizonyos frekvenciájú sugárzást tud elnyelni vagy kibocsátani. Ez a tulajdonság egyértelmûen azonosítja az adott fajta atomot, azaz például pontosan tudjuk, hogy a hidrogén milyen hullámhosszú fényt hajlandó "lenyelni".
A "hûtõgép" elkészítéséhez már csak egy másik fontos jelenséget kell alkalmaznunk. Ez pedig a Doppler-effektus. A jelenséget mindenki meghallgathatja, amikor nyáron elszáguld mellette egy dudáló vonat. A Doppler-effektus az a jelenség, amikor egy megfigyelõ és egy sugárzásforrás egymáshoz képest mozog, és ennek következtében a megfigyelõ a sugárzást más hullámhosszúnak érzékeli. (Esetünkben ugyebár hallja.) Ha közelednek egymáshoz, akkor a rezgésszám növekszik, ha távolodnak, akkor csökken. Ebbõl tehát az következik, hogy ugyanazt a fényt nem látják azonos hullámhosszúnak a fénnyel szemben, illetve a fénnyel egyezõ irányba haladó részecskék.
Most már minden készen áll, nincs más hátra, vessük be a trükköt. Világítsunk meg egy gáztartályt olyan hullámhosszú lézerfénnyel, amely frekvenciája egy kicsivel kisebb, mint az adott gáz álló atomjai által elnyelhetõ egyik frekvencia. Mi történik, ha egy a lézerfénnyel azonos irányba haladó atom találkozik az egyik fotonnal? Ez az atom a fényforrástól távolodik, tehát a fényt egy kicsit alacsonyabb frekvenciájúnak látja, vagyis továbbra sem nyeli el. De mi van, ha a gázatom a fénnyel szemben halad? Ekkor a fényt a részecske egy kicsit magasabb frekvenciájúnak fogja látni, azaz ha jól állítottuk be a hûtõgépet, akkor pont elnyelhetõnek "ítéli", és gyorsan el is nyeli. Mivel a foton lendülete pont ellentétes volt a részecskéével, ezért a kölcsönhatás után a részecske lelassul, következésképp a gáz hûl. Mi pedig pont ezt akartuk. Ha két ellentétes irányú lézerfénnyel világítunk, akkor elérhetõ, hogy az abban az irányban bármerre haladó részecske lelassuljon. Ha pedig a tér három irányába helyezzük el a nyalábpárokat, akkor mindegyik részecskét le tudjuk lassítani.
A módszer persze nem ilyen egyszerû, mert bonyolult összehangolást igényel, de mára már tizedmilliomos pontossággal megközelíthetõ vele az abszolút nulla fok. Ez pedig más módszerekkel lehetetlen.
...Life is too short, don't stress every day, leave your worries behind, go out and play!...
