درجة الحرارة هي الكمية الفيزيائية التي تشير إلى درجة الحرارة والبرودة في جسم ما. بشكل مجهر ، هو شدة الحركة الحرارية لجزيئات الكائن. وكما نعلم جميعًا ، فإن جميع الجزيئات والذبول المحيطة بنا تقوم بحركة حرارية غير منتظمة لا تتوقف أبدًا. جوهر التبريد لدينا هو تقليل شدة الحركة الحرارية الكلية لهذه الجزيئات أو الذرات ، آلة الوسم بالليزر الليفي.
1. تكنولوجيا التبريد الهامة جدا في تكنولوجيا التبريد هي تقنية دوبلر للتبريد. مبدأ تكنولوجيا دوبلر للتبريد هو منع الحركة الحرارية للذرات عن طريق إطلاق فوتونات بالليزر ، وعملية الإعاقة هذه هي تقليل زخم الذرات. أدرك. إذن ، كيف يعمل الليزر بالضبط على تقليل قوة الدفع لهذه الذرات؟
أولاً ، تشير ميكانيكا الكم إلى أن الذرات يمكنها فقط امتصاص الفوتونات بتردد معين ، وبالتالي تغيير زخمها. يشير تأثير الدوبلر إلى أن التردد يصبح أعلى كلما تحرك مصدر الموجة نحو الراصد ، وأصبح أقل كلما ابتعد مصدر الموجة عن الراصد. يمكن الحصول على نفس الاستنتاج عندما يتحرك المراقب.
وبالمثل ، ينطبق الأمر نفسه على الذرات. عندما يكون اتجاه حركة الذرة معاكسًا لحركة الفوتون ، يزداد تواتر الفوتون ، وعندما يكون اتجاه حركة الذرة هو نفسه في اتجاه حركة الفوتون ، فإن تردد الفوتون سوف تخفيض. ثم ، مبدأ فيزياء آخر هو أنه على الرغم من أن الضوء لا يوجد لديه كتلة ثابتة ، فإنه لديه زخم. ثم من خلال الجمع بين الخصائص الفيزيائية أعلاه ، يمكننا بناء نموذج بسيط من التبريد بالليزر.
2. إن تواتر الليزر قابل للتعديل في نطاق معين ، وعندما يتم ضبط تردد الليزر إلى تردد أقل بقليل من تردد ذرة ، فإن هناك نتيجة غير متوقعة. يحدث هذا عندما ينير مثل هذا الشعاع من الضوء ذرة معينة. إذا تحركت الذرة باتجاه شعاع الليزر ، فإن تردد الفوتون يزداد نتيجة لتأثير دوبلر للضوء ، وتكرار فوتون الليزر الأصلي أقل قليلاً من التردد القابل للامتصاص للذرة ، ثم يكون تأثير دوبلر فقط حق. تمتصه الذرات.
ويظهر هذا الامتصاص بتغيرات الزخم. ولأن اتجاه حركة الفوتون هو عكس اتجاه حركة الذرة ، بعد أن يتصادم الفوتون مع الذرة ، فإن انتقالات الذرة إلى الحالة المثارة ، ويقل الزخم ، تنخفض الطاقة الحركية أيضًا. بالنسبة للذرات في اتجاهات أخرى للحركة ، لا يزداد تردد الفوتونات المقابلة ، وبالتالي لا يمكن امتصاص الفوتونات في شعاع الليزر ، لذلك لا يوجد شيء مثل زيادة في الزخم ، وهو الشيء نفسه بالنسبة إلى الطاقة الحركية .
عندما نستخدم ليزرات متعددة لإلقاء الضوء على ذرات من زوايا مختلفة ، يتناقص زخم الذرات في اتجاهات مختلفة للحركة وتتناقص الطاقة الحركية. وبما أن الليزر لا يقلل إلا من زخم الذرة ، بعد أن تستمر هذه العملية لفترة من الزمن ، فإن زخم معظم الذرات سيصل إلى مستوى منخفض للغاية ، وبالتالي يحقق الغرض من التبريد.
ومع ذلك ، يتم استخدام نطاق تطبيق هذه التكنولوجيا في الغالب للتبريد الذري ، وبالنسبة للجزيئات ، من الصعب تبريدها إلى درجة حرارة منخفضة للغاية. ومع ذلك ، فإن الجزيئات فائقة البرودة أكثر وضوحًا من الذرات الفائقة الصلابة لأن خصائصها أكثر تعقيدًا. في الوقت الحالي ، تدمج طرق جزيئات التبريد بين الذرات الأساسية فائقة البرودة لإنتاج جزيئات ثنائي القاعدة. منذ وقت ليس ببعيد ، قامت جامعة ييل بتبريد فلوريد السترونتيوم (SrF) إلى بضع مئات من الفتحات الدقيقة.
نوع آخر من التبريد بالليزر ، المعروف أيضا باسم تبريد مضان ستوكس المضادة ، هو مفهوم جديد للتبريد الذي يتطور. المبدأ الأساسي هو تأثير anti-Stokes ، الذي يستخدم فرق الطاقة بين التشتت والفوتونات التي تحدث من أجل تحقيق التبريد. تأثير مضاد Stokes هو تأثير تشتت خاص يكون فيه طول موجة الفوتون الفلوري المتناثر أقصر من طول موجة الفوتون.
ولذلك ، فإن طاقة الفوتون الفلورسنتية المتناثر أعلى من طاقة الفوتون التي تحدث ، ويمكن فهم العملية ببساطة على النحو التالي: يستخدم الفوتون الليزري منخفض الطاقة لإثارة وسيط الإنارة ، وينتشر الوسط المضيء على الفوتونات عالية الطاقة ، يتم أخذ الطاقة في وسط الإنارة من الوسط المراد تبريده. . بالمقارنة مع طريقة التبريد التقليدية ، يوفر الليزر وظيفة توفير طاقة التبريد ، ومضان مضاد Stokes المتناثرة هو الناقل الحراري.
