Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Οπτική Παγίδευση με δέσμη Laser & Εφαρμογές Μαρίνου Ελένη Υπεύθυνη Καθηγήτρια : Μ. Μακροπούλου.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "Οπτική Παγίδευση με δέσμη Laser & Εφαρμογές Μαρίνου Ελένη Υπεύθυνη Καθηγήτρια : Μ. Μακροπούλου."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Οπτική Παγίδευση με δέσμη Laser & Εφαρμογές Μαρίνου Ελένη Υπεύθυνη Καθηγήτρια : Μ. Μακροπούλου

2 Βραβείο Nobel στη Φυσική 1997 «για την ανάπτυξη των μεθόδων για ψύξη και παγίδευση ατόμων με φως λέιζερ» Steven Chu 1/3 από το βραβείο USA Stanford University Stanford, CA, USA William D. Phillips 1/3 από το βραβείο USA National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD, USA Claude Cohen- Tannoudji 1/3 από το βραβείο Γαλλία Collège de France; École Normale Supérieure Paris, France

3 Τα μόρια του αέρα n 25 ˚ C u = 4.000km/h T ⇩ ⇩ u Αλλά όταν u ⇩ τότε: αέρια→ υγρά →στερεά Σε κενό χώρο κρατάμε αρκετά χαμηλή τη πυκνότητα → αποφεύγεται η συμπύκνωση n 3Κ u= 400km/h n 1μΚ u< 1km/h=25cm/s Absolute Zero all motions stops

4 Οι Steven Chu, Claude Cohen- Tannoudji και William D.Phillips ανέπτυξαν μεθόδους όπου:  Χρησιμοποιούν φως Laser για να ψύξουν τα αέρια στο εύρος θερμοκρασίας μΚ.  Κρατάνε τα άτομα που κινούνται ή έχουν εγκλωβιστεί σε διαφορετικά είδη «ατομικών παγίδων».

5 Έρευνα n Μελέτη θεμελιωδών φαινομένων n Αύξηση της γνώσης για την αλληλεπίδραση ακτινοβολίας - ύλης n Μέτρηση σημαντικών φυσικών ποσοτήτων n Ακρίβεια άνευ προηγουμένου

6 Έρευνα Μελέτη μεμονωμένων ατόμων, καθορισμός εσωτερικής τους δομής Ιδιότητες & μορφές ενός λεπτού αερίου Βαθύτερη κατανόηση της κβαντομηχανικής συμπεριφοράς αερίων στις χαμηλές θερμοκρασίες

7 Επιβράδυνση Ατόμων

8 Επιβράδυνση Ατόμων (με φωτόνια) n Χρήση φαινομένου Doppler n Απορροφάται εισερχόμενο (κβαντισμένο) φως n Εκπέμπεται νέο κβαντισμένο φως (διαφορετική διεύθυνση από το εισερχόμενο φωτόνιο) n Τα άτομα επιβραδύνονται (Ανακαλύφθηκε από τον Otto R Friseh το 1933)

9 ΜΟΤ - Μαγνητο-οπτική παγίδα (Magneto-optical Trap) n 3 Ζεύγη ακτίνων Laser αντίθετης διάδοσης, σε 3 κατευθύνσεις κάθετες μεταξύ τους n Ανομοιογενές μαγνητικό πεδίο (2 μαγνητικές σπείρες) Ανεξάρτητα από την κατεύθυνση, τα άτομα ωθούνται πίσω στην περιοχή όπου οι 6 ακτίνες Laser διασταυρώνονται Ψύξη Doppler

10 Μια συλλογή ατόμων Νατρίου (κίτρινη τελεία στο κέντρο της εικόνας) παγιδευμένη σε ΜΟΤ

11 Optical Molasses (Οπτικές Μελάσσες) n Στη διασταύρωση των ακτίνων Laser τα άτομα κινούνται όπως σε παχύ υγρό n Διαμορφώνεται ένα ακτινοβόλο νέφος μεγέθους ενός μπιζελιού, αποτελούμενο από 10 6 κατεψυγμένα άτομα

12 Όριο Doppler Οι 6 ακτίνες Laser →σβησμένες Το ατομικό νέφος πέφτει υπό την επιρρεια της βαρύτητας Ταυτόχρονα επεκτείνεται με τρόπο που καθορίζεται από τη θερμοκρασία του Η καμπύλη πτώσης καθορίζεται με Laser μέτρησης (καταγραφή φθορισμού) n Μέτρηση προσωρινής διάδοσης → καθορισμός Τ νέφους Time-Of Flight method (Phillips 1988)

13 n Τ=40μΚ6 φορές χαμηλότερη από το θεωρητικό όριο Doppler (απλοποιημένο μοντέλο) n Εξήγηση αποτελέσματος Phillips στη δομή των χαμηλότερων ενεργειακών πεδίων του Να Time-Of Flight method (Phillips 1988)

14 Sisyphus Cooling (Cohen-Tannoudji) Άτομα κινούνται σε κοίλα διαμορφωμένη δυναμική ενέργεια (εμφανίζεται μέσω των αλλαγών στα ενεργειακά τους επίπεδα όταν αλληλεπιδρούν με το φώς) Χάνουν ταχύτητα ανεβαίνοντας Φτάνοντας στην κορυφή → αντλούνται οπτικά στον πάτο Η ταχύτητα μειώνεται βαθμιαία

15 Όριο οπισθοχώρησης Η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στην ταχύτητα οπισθοχώρησης που κερδίζει ένα άτομο όταν εκπέμπει ένα φωτόνιο Νάτριο – 2,4μΚ Κάσιο – 0,2μΚ Ήλιο – 4μΚ Οι μέθοδοι ψύξης περιορίζονται από τις οπισθοχωρήσεις από τα σκεδαζώμενα φωτόνια «σκοτεινή κατάσταση»: πολύ αργά άτομα παραμελούν τα φωτόνια (Χρήση φαινομένου Doppler)

16 Ξεπερνώντας το όριο οπισθοχώρησης  Chu – ψύξη Raman  Tannoudji – μέθοδος VSCPT (Velocity- Selective Coherent Population Trapping) Σε 1, 2 & 3 Διαστάσεις(Ηe) 1D : ταχύτητα αντίστοιχη 2μΚ 2D: ταχύτητα αντίστοιχη 0,25μΚ 3D: ταχύτητα αντίστοιχη 0,18μΚ → u ≃ 2cm/s !!

17 Πρακτικές Χρήσεις n Κατασκευή πολύ ακριβέστερων ατομικών ρολογιών → ακριβέστερος προσδιορισμός θέσης στη γη μέσω δορυφόρων n Bose-Einstein condensation of gases (συμπύκνωση Bose-Einstein) → Κατασκευή ¨ατομικών Laser¨ → κατασκευή πολύ μικρών ηλεκτρονικών συστημάτων n Συμβολή & λιθογραφία ατόμων n Οπτικά δικτυώματα πλέγματα n Οπτικές λαβίδες n Υψηλής ευκρίνειας φασματοσκόπια

18 BEC (Bose-Einstein condensation) n “super atom” n T < 10^-6K n Laser cooling n Evaporative cooling

19 Συμπύκνωση Bose-Einstein στα 400,200 και 50 nanoKelvin

20 Πως φαίνετε το πλάσμα n Μικροσκόπιο n Σβήνει η παγίδα n Φωτίζετε με συγκεκριμένο χρώμα που αντανακλά το άτομο (rubidium → βαθύ κόκκινο χρώμα) n Snapshot picture

21 Χρήσεις BEC Προβλήματα n Τρομερά εύθραυστο n Πολύ μικρές ποσότητες (μερικά εκατομμύρια κάθε φορά) n Βγαίνει από λίγα διαφορετικά είδη ατόμων Χρήσεις n Τα άτομα στο πλάσμα είναι ακριβώς τα ίδια → πολύ καλύτερο έλεγχο στα άτομα n Μετρήσεις οργάνων μεγάλης ακρίβειας n Παρασκευή μικροσκοπικών κατασκευών (chip υπολογιστών)

22 Σύγχρονη ατομική πηγή n Αντιστάθμιση με αντίθετους τρόπους των συχνοτήτων ενός ζεύγους ακτινών Laiser n Τα άτομα βλέπουν το πλάσμα σε ένα πλαίσιο κινούμενο κατά μήκος εκείνης της κατεύθυνσης & φέρονται μαζί του n Τα άτομα προωθούνται σε οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση

23 Ατομικά ρολόγια n Τα ακριβέστερα όργανα που η σύγχρονη τεχνολογία μπορεί να παρέχει n Το παγκοσμίως, σταθερότερο & ακριβέστερο ατομικό ρολόι → ατομική πηγή καισίου με σταθερότητα 2x10^-13 (χρόνος σε sec) (Laboratoire Primair du Temps et des Friqyences στο Παρίσι)

24 n Κυκλικά πολωμένη ακτίνα Laser μεγάλης διαμέτρου n Κοίλος κωνικός καθρέφτης n Μικρή τρύπα → κρύα συνεχή ατομική ακτίνα n Το αεροδιαστημικό σχέδιο ενός ατομικού ρολογιού που χρησιμοποιεί ψυχρά άτομα Κασίου. Μια συνεχής κρύα ατομική ακτίνα αποσπάται από μια μαγνητο-οπτική παγίδα μέσα από μία τρύπα σε ένα κοίλο κωνικό καθρέφτη. Η κρύα δέσμη εστιάζεται οπτικά,και εκτρέπετε πριν διαπεράσει μια κοιλότητα Ramsey

25 Παγίδευση ατόμων με πίεση συντονισμένης ακτινοβολίας

26 Λαβίδες Laser (Laser tweezers) n Μονοακτινικές παγίδες n χειρισμός σειρών αντικειμένων από διηλεκτρικές σφαίρες μέχρι σπερματικά κύτταρα DNA n Έρευνα n Κυτταρική βιολογία

27 Βιβλιογραφία : n n n n n n n n Paul Lloyd Larsen.Laser Tweezers (1999) n A. Ashkin. Physical Review Letters, Trapping of Atoms by Resonance Radiation Pressure, Vol40,Num12 (1978)


Κατέβασμα ppt "Οπτική Παγίδευση με δέσμη Laser & Εφαρμογές Μαρίνου Ελένη Υπεύθυνη Καθηγήτρια : Μ. Μακροπούλου."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google