ImpulsübertragE = hωp = hk
E = 0p = 0k
E = hωp = hk
Absorption
experimentelle Situation
Absorption ist gerichtetEmission ist isotrop
Kraft Laserstrahlmittlere Kraft = 0} } ↑↑
Beschleunigungmaximaler Effekt:
n ≤ 108 Absorptionszyklenpro Sekunde
resultierende Beschleunigung =
hksec Matom
= 1.7 ⋅ 106 msec2
n
~ 170000 g
Space shuttle : 3g
Rückstoßverschiebung1 Photon :50 kHz
homogeneLinie ~ 5 MHz
∆ω0
100 Photonen :5 MHz
inhomogeneLinie ~ 500 MHz
∆ω0ωL
homogene Linie~ 5 MHz
ω
Atom fliegt auf Laser zu
Dopplerverschiebung:
vom Laser weg
F = - η v
rotver-stimmt
Laserfrequenz
ωL
Optische Molasse
resonant für Laser→ starke Absorption→ starke Kraft
nicht resonant für Laser→ wenig Absorption→ geringe Kraft
Atomare Geschwindigkeit / m sec-1
Kra
ft/1
0-20
N ∆ω0 = Γ /2
-10 0 10
-1
0
1
Optische Molasse
Einfangbereich
2 Γ
T.W. Hänsch and A.L. Schawlow ( 1975)D. Wineland and H. Dehmelt, (1975).
1. Vorschlag :
1. Experiment : S. Chu, L. Hollberg, J.E. Bjorkholm, A. Cable, and A. Ashkin (1985).
Minimal erreichbare Temperatur :
Tmin = hΓ2kB
= 240 µK (for Na)
Erreichte Temperatur: Chu 85 240 µK
Lett 88 43 µK
Chu 92 12 fK- Speicherzeit zu lang- Empfindlichkeit auf Imperfektionen
zu niedrig
außerdem:
" In virtually all respects, the optical cooling of atomshas worked far better than anticipated; the work is a
rare but spectacular violation of Murphy's law"S. Chu, Science 253, 861 (1991)
Historische Entwicklung
B
I
I
Dazu muss die Kraft eineortsabhängige rücktrei-bende Komponenteenthalten
sollen Atome kühlenund festhalten
Kraft
B-Feld
Ort
Magneto-Optische Fallen
Bose-Einstein Statistik
1 2 3
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0 0
Bes
etzu
ngp(
E)
Energie E
Boltzmann
Bose-Einstein
nicht-unterscheidbare Bosonen
v
Bose-Einstein Kondensation
thermischeGeschwindigkeit
v“Kugeln”
Hohe Temperatur
“Wellenpakete”de Broglie
Wellenlänge
λdB
Tiefe Temperatur
Bose-EinsteinKondensation
Tcrit : lDB ~ d
ReinesBose-Einstein
KondensatMakroskopischerQuantenzustand
T=0
Bose-Einstein Kondensation
Nobelpreisvortrag Wolfgang Ketterle
Anzahl Publikationen pro Jahrzu “Bose” und “Einstein”
Publ
ikat
ione
npr
oJa
hr
Jahr
1. BEC
Materie-Verstärker
“Input” wurde ohneLaser durch dasBEC geschickt
keine Verstärkung
Laser aktiviertVerstärkung
Verstärkung 10-100
ωω0
langsame AnregungDipol in Phase
schnelle AnregungDipol außer Phase
E
d
E
d
E d- . > 0
Induzierter Dipol
E d- . < 0
Kraft zum hohen Feld Kraft zum niedrigen Feld
Optische Kräfte
ωω0
DipolkraftDispersion
Spontane StreukraftAbsorption
Spontane Streukraftdominiert
Dipolkraft dominiertDipolkraft dominiertRichtung zum Feld-
maximumRichtung zum Feld-
minimum
S. Chu, 'The manipulation of neutral particles',Rev. Mod. Phys. 70, 685-706 (1998).
Optische Pinzetten
S. Chu, 'Laser trapping of neutral particles',Scientific American February 1992, 49-54 (1992).
Optische Pinzetten
Anwendung
Anwendung: Messung der Elastizitäteiner äußeren Haarzelle des Innenohrs
http://www.ruf.rice.edu/~amistry/BIOE577/Optical_Tweezers.htm
1
HDT
y
x
dt
VD
T
3
2
Atomare SortiermaschineMiroshnychenko et al., Nature 442, 151 (2006)
vorher
nachher
00
10
20
30
40
10 20 30 40 50 60 70 80Initial Distance / µm
Fina
lDis
tanc
e/µ
m
CopropagierendGaußförmig
∆ω0 > 0
TEM01
∆ω0 < 0
SenkrechteStehwelle
∆ω0 > 0Intensität Intensität Intensität
Copropagierend
Linsen und Wellenleiter