Class of methods for cooling atoms to very low temperaturesAndoza:SHORTDESC:Class of methods for cooling atoms to very low temperatures
Doppler lazerli sovutishning soddalashtirilgan printsipi:

|  |  |
| --- | --- |
| 1 | Statsionar atom lazerni na qizil, na ko‘k rangga siljigan holda ko‘radi va fotonni yutmaydi. |
| 2 | Lazerdan uzoqlashayotgan atom uning qizilga siljishini ko‘radi va fotonni yutmaydi. |
| 3 | Lazer tomon harakatlanayotgan atom uning ko‘k rangga siljganini ko‘radi va fotonni yutadi, bu atomni sekinlashtiradi. |
| 4 | Foton atomni uyg‘ongan holatga o‘tkazadi, natijada elektron yuqori kvant holatiga o‘tkaziladi. |
| 5 | Atom tasodifiy yo‘nalishda foton nurlaydi. Atom impuls vektorlari, agar ular bir xil yo‘nalishda bo'lsa, asl nusxaga qo‘shiladi, ammo ular atom energiyasini yo‘qib, soviydi. |

**Lazerli sovutish** – atomlar, molekulalar va kichik mexanik tizimlar lazer nurlari bilan sovutiladigan bir qator texnikalarni o'z ichiga oladi. Lazerlarning yo'naltirilgan energiyasi ko'pincha isitish materiallari bilan bog'liq, masalan. lazerli kesish, shuning uchun lazerli sovutish ko'pincha namuna haroratining mutlaq nolga yaqinlashishiga olib kelishi mumkin. Lazerli sovutish ob'ekt, masalan, atom, fotonni (yorug'lik zarrasi) yutganda va qayta chiqaradigan momentning o'zgarishiga tayanadi. Zarrachalar ansambli uchun ularning termodinamik harorati tezligidagi dispersiyaga proporsionaldir. Ya'ni, zarralar orasidagi bir hil tezliklar pastroq haroratga to'g'ri keladi. Lazerli sovutish texnikasi atom spektroskopiyasini yorug'likning yuqorida aytib o'tilgan mexanik ta'siri bilan birlashtirib, zarralar ansamblining tezlik taqsimotini siqib chiqaradi va shu bilan zarrachalarni sovutadi.

1997-yilgi fizika bo‘yicha Nobel mukofoti Klod Koen-Tannoudji, Stiven Chu va Uilyam Deniel Fillipsga "atomlarni lazer nuri bilan sovutish va tutib olish usullarini ishlab chiqqani uchun" berildi.

Tarix
-----

### Nurlanish bosimi

**Nurlanish bosimi** - elektromagnit nurlanishning moddaga ta'sir qiladigan kuchi. 1873-yilda Maksvell elektromagnetizm haqidagi risolasini nashr etdi, unda u radiatsiya bosimini bashorat qilgan. Kuch birinchi marta eksperimental tarzda Lebedev tomonidan namoyish etilgan va 1900 yilda Parijdagi konferentsiyada ma'lum qilingan  va keyinchalik 1901 yilda batafsilroq nashr etilgan. Lebedevning o'lchovlaridan so'ng, Nikols va Xull 1901 yilda  radiatsiya bosimining kuchini ko'rsatdi, 1903 yilda aniqlangan o'lchov bilan. 

1933-yilda Otto Frish natriy atomlarining atom nurini yorug'lik bilan burdi.  Bu rezonansli absorberga ta'sir qiluvchi radiatsiya bosimining birinchi amalga oshirilishi edi.

### Lazerli sovutish boʻyicha takliflar

Atom manipulyatsiyasi tajribalarida lazerlarning kiritilishi 1970-yillarning o'rtalarida lazerni sovutish bo'yicha takliflarning paydo bo'lishi sifatida harakat qildi. Lazerli sovutish 1975 yilda ikki xil tadqiqot guruhi tomonidan alohida taklif qilingan: Hansch va Schawlow va Wineland va Dehmelt. Har ikkala taklifda ham atomlarda issiqlikka asoslangan tezlikni "nurlanish kuchlari" bilan sekinlashtirish jarayoni tasvirlangan.  Keyinchalik bu tushuncha gazdagi atomlarning sovishi bilan bog'liq edi.  Lazerli sovutish bo'yicha ushbu dastlabki takliflar faqat radiatsiya bosimining nomi "tarqalish kuchiga" tayangan.

1970-yillarning oxirida Ashkin radiatsiya kuchlarini bir vaqtning o'zida sovutish va atomlarni ushlab turish uchun qanday ishlatish mumkinligini tasvirlab berdi. U bu jarayon qanday qilib atomlar tuzoqdan chiqmasdan uzoq spektroskopik o'lchovlarni o'tkazishga imkon berishi mumkinligini ta'kidladi va turli atomlar orasidagi o'zaro ta'sirlarni o'rganish uchun optik tuzoqlarning bir-birining ustiga chiqishini taklif qildi.

### Dastlabki amalga oshirishlar

Ashkinning 1978 yildagi maktubidan so'ng ikkita tadqiqot guruhi: Wineland, Drullinger va Walls va Noyhauzer, Hohenstatt, Toscheck va Dehmelt bu ishni yanada takomillashtirdilar.[11] Xususan, Wineland, Drullinger va Walls spektroskopiyani takomillashtirish bilan shug'ullangan. Guruh radiatsiya bosimi yordamida atomlarning sovishini eksperimental tarzda namoyish qilish haqida yozgan. Ular optik tuzoqlarda radiatsiya bosimidan foydalanishning ustuvorligini ta'kidlaydilar, ammo Doppler effekti mavjudligi sababli oldingi modellarning samarasizligini tanqid qiladilar. Effektni kamaytirish maqsadida ular magniy ionlarini xona haroratidan pastroq sovutish usulini qo'lladilar. Magniy ionlarini o'z ichiga olish uchun elektromagnit tuzoqdan foydalanib, ular atomlarning rezonans chastotasidan zo'rg'a fazadan tashqarida lazer bilan bombardimon qilishdi. Ikkala guruhning tadqiqotlari yorug'likning mexanik xususiyatlarini ko'rsatishga xizmat qildi. Taxminan shu vaqt ichida lazerli sovutish texnikasi haroratni 40 kelvingacha tushirishga imkon berdi.

Wineland kompaniyasining lazerli sovutish ionlari ustidagi ishidan ta'sirlangan Uilyam Fillips xuddi shu printsiplarni lazerli sovutadigan neytral atomlarga qo'llagan. 1982 yilda u neytral atomlar lazer bilan sovutilgan birinchi maqolani chop etdi. Amaldagi jarayon endi Zeeman sekinroq deb nomlanadi va atom nurlarini sekinlashtirishning standart usuli hisoblanadi.

Zamonaviy yutuqlar
------------------

### Atomlar

Yillar kesimida lazer bilan sovutilgan noyob atomlar/izotoplarning umumiy soni.
Elektr dipol o'tishlari uchun Doppler sovutish chegarasi odatda yuzlab mikrokelvinlarda bo'ladi. 1980-yillarda bu chegara erishish mumkin bo'lgan eng past harorat sifatida ko'rilgan. Doppler sovutish chegarasi 240 mikrokelvin bo'lganda, natriy atomlari 43 mikrokelvingacha sovutilganda, bu ajablanarli edi,  yangi pastlik lazer qutblanishiga kombinatsiyalangan ko'proq atom holatlarining qo'shilishi bilan izohlandi. Lazerli sovutishning oldingi tushunchalari juda sodda bo'lgan deb qaror qilingan.[16] 70-80-yillarda lazerli sovutish bo'yicha yirik yutuqlar avvaldan mavjud bo'lgan texnologiyaning bir qancha yaxshilanishiga va mutlaq noldan biroz yuqori haroratlarda yangi kashfiyotlarga olib keldi. Sovutish jarayonlari atom soatlarini aniqroq qilish va spektroskopik o'lchovlarni yaxshilash uchun ishlatilgan va ultrasovuq haroratlarda materiyaning yangi holatini kuzatishga olib kelgan.[13][16] Materiyaning yangi holati, Bose-Eynshteyn kondensati 1995 yilda Erik Kornel, Karl Viman va Volfgang Ketterl tomonidan kuzatilgan.

Lazerli sovutish birinchi navbatda ultrasovuq atomlarni yaratish uchun ishlatilgan. Misol uchun, kvant fizikasidagi tajribalar mutlaq nolga yaqin bo'lishi kerak, bu yerda Bose-Eynshteyn kondensatsiyasi kabi noyob kvant effektlari kuzatilishi mumkin. Lazerli sovutish ham optik soat tajribalarida asosiy vosita hisoblanadi.

### Molekulalar

2010-yilda Yeldagi bir guruh ikki atomli molekulani lazer yordamida muvaffaqiyatli sovutdi.  2016-yilda MPQ guruhi optoelektrik Sizif sovutish orqali formaldegidni 420 mkK gacha muvaffaqiyatli sovutdi.[21] 2022-yilda Garvarddagi bir guruh lazer bilan muvaffaqiyatli sovutdi va CaOH ni magnit-optik tuzoqda 720(40) mKgacha ushlab oldi.

### Mexanik sistemalar

2007 yilda MIT jamoasi makroo‘lchamli (1 gramm) obyektni 0,8 K ga qadar muvaffaqiyatli lazer bilan sovutdi. 2011-yilda Kaliforniya Texnologiya Instituti va Vena Universiteti jamoasi birinchi boʻlib (10 mkm x 1 mkm) mexanik obʼyektni kvant zamin holatiga lazer bilan sovutdi.

Lazerli sovutish texnologiyalari
--------------------------------

Lazerli sovutishning birinchi misoli, shuningdek, eng keng tarqalgan usul (shunchalikki, u hali ham "lazerli sovutish" deb ataladi) Doppler sovutishdir.

### Doppler sovutish

Asosiy maqola: Doppler sovutish
Rubidiy-85 ning magnit-optik tutilishi uchun zarur bo'lgan lazerlar: (a) & (b) yutilish (nuqta chiziqqa to'g'rilangan qizil) va spontan emissiya aylanishini ko'rsatadi, (c) & (d) taqiqlangan o'tishlar, (e) ) shuni ko'rsatadiki, agar sovutuvchi lazer atomni F=3 holatga qo'zg'atsa, uning "qorong'i" pastki giperfiniyaga, F=2 holatiga parchalanishiga yo'l qo'yiladi, agar repurper lazer bo'lmaganda sovutish jarayoni to'xtatiladi. (f).
Elektr dipol o'tishlari uchun Doppler sovutish chegarasi odatda yuzlab mikrokelvinlarda bo'ladi. 1980-yillarda bu chegara erishish mumkin bo'lgan eng past harorat sifatida ko'rilgan. Doppler sovutish chegarasi 240 mikrokelvin bo'lganda, natriy atomlari 43 mikrokelvingacha sovutilganda, bu ajablanarli edi, yangi pastlik lazer qutblanishiga kombinatsiyalangan ko'proq atom holatlarining qo'shilishi bilan izohlandi. Lazerli sovutishning oldingi tushunchalari juda sodda bo'lgan deb qaror qilingan. 70-80-yillarda lazerli sovutish bo'yicha yirik yutuqlar avvaldan mavjud bo'lgan texnologiyaning bir qancha yaxshilanishiga va mutlaq noldan biroz yuqori haroratlarda yangi kashfiyotlarga olib keldi. Sovutish jarayonlari atom soatlarini aniqroq qilish va spektroskopik o'lchovlarni yaxshilash uchun ishlatilgan va ultrasovuq haroratlarda materiyaning yangi holatini kuzatishga olib kelgan. Materiyaning yangi holati, Bose-Eynshteyn kondensati 1995 yilda Erik Kornel, Karl Viman va Volfgang Ketterl tomonidan kuzatilgan.

Manbalar
--------

1. ↑  „The Nobel Prize in Physics 1997".  Nobel Foundation. 2008-yil 7-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2008-yil 9-oktyabr.
2. ↑  
Maxwell, J.C.*. A Treatise on Electricity and Magnetism (1st edition), II.*, Oxford, 1873 — 391 bet.
3. ↑  
Lebedew, Pyotr (1900). "Les forces de Maxwell-Bartoli dues à la pression de la lumière". **2**. Rapports présentés au Congrès International de Physique. Paris. pp. 133. .
4. ↑  
Lebedew, P. (1901). "Untersuchungen über die Druckkräfte des Lichtes". *Annalen der Physik* **311** (11): 433–458. doi:10.1002/andp.19013111102. .
5. ↑  
Nichols, E.F.; Hull, G.F. (1901). "A Preliminary Communication on the Pressure of Heat and Light Radiation". *Physical Review*. Series I **13** (5): 307–320. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.13.307. .
6. ↑  
Nichols and Hull, E.F. and G.F. (1903). "The Pressure Due To Radiation. (Second Paper.)". *Physical Review* **17** (1): 26–50. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.17.26. .
7. ↑  
Nichols and Hull, E.F. and G.F. (1903). "The Pressure Due To Radiation. (Second Paper.)". *Physical Review* **17** (2): 91–104. doi:10.1103/PhysRevSeriesI.17.91. .
8. ↑  
Frisch, R. (1933). "Experimenteller Nachweis des Einsteinschen Strahlungsrückstoßes". *Zeitschrift für Physik* **86** (1–2): 42–48. doi:10.1007/BF01340182. .
9. ↑  Hänsch, T. W.; Schawlow, A. L. (January 1975). "Cooling of gases by laser radiation". *Optics Communications* **13** (1): 68–69. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5.
10. ↑  Wineland, David; Dehmelt, Hans (January 1, 1975). "Proposed 1014 delta upsilon less than upsilon laser fluorescence spectroscopy on t1+ mono-ion oscillator iii". *Bulletin of the American Physical Society* **20** (4): 637.
11. ↑  Phillips, William D. (1998). "Nobel Lecture: Laser cooling and trapping of neutral atoms". *Reviews of Modern Physics* **70** (3): 721–741. doi:10.1103/revmodphys.70.721.
12. ↑  Hänsch, T.W.; Schawlow, A.L. (January 1975). "Cooling of gases by laser radiation". *Optics Communications* **13** (1): 68–69. doi:10.1016/0030-4018(75)90159-5.
13. ↑  Adams and Riis, Charles S. and Erling. "Laser Cooling and Manipulation of Neutral Particles". *New Optics*. Archived from the original on 2017-11-15.. Qaraldi: 2017-05-06. Lazerli sovutish]]
14. ↑  Ashkin, A. (1978). "Trapping of Atoms by Resonance Radiation Pressure". *Physical Review Letters* **40** (12): 729–732. doi:10.1103/physrevlett.40.729.
15. ↑  Wineland, D. J.; Drullinger, R. E.; Walls, F. L. (1978). "Radiation-Pressure Cooling of Bound Resonant Absorbers". *Physical Review Letters* **40** (25): 1639–1642. doi:10.1103/physrevlett.40.1639.
16. ↑  Bardi, Jason Socrates (2008-04-02). "Focus: Landmarks: Laser Cooling of Atoms" (en-US). *Physics* **21**: 11. doi:10.1103/physrevfocus.21.11. .
17. ↑  Phillips, William (1 March 1982). "Laser Deceleration of an Atomic Beam". *Physical Review Letters* **48** (9): 596–599. doi:10.1103/PhysRevLett.48.596.
18. ↑  Paul D. Lett; Richard N. Watts; Christoph I. Westbrook; William D. Phillips; A. Winnicki; Phillip L. Gould; Harold J. Metcalf (1988). "Observation of Atoms Laser Cooled below the Doppler Limit". *Physical Review Letters* **61** (2): 169–172. doi:10.1103/PhysRevLett.61.169. PMID 10039050.
19. ↑  Chin, Cheng (1 June 2016). "Ultracold atomic gases going strong". *National Science Review* **3** (2): 168–170. doi:10.1093/nsr/nwv073.
20. ↑  E. S. Shuman; J. F. Barry; D. DeMille (2010). "Laser cooling of a diatomic molecule". *Nature* **467** (7317): 820–823. doi:10.1038/nature09443. PMID 20852614.
21. ↑  N. B. Vilas; C. Hallas; L. Anderegg; P. Robichaud; A. Winnicki; D. Mitra; J. M. Doyle (2022). "Magneto-optical trapping and sub-Doppler cooling of a polyatomic molecule". *Nature* **606** (7912): 70–74. doi:10.1038/s41586-022-04620-5. PMID 35650357.
22. ↑  „Laser-cooling Brings Large Object Near Absolute Zero". *ScienceDaily*.
23. ↑  Caltech Team Uses Laser Light to Cool Object to Quantum Ground State. Caltech.edu. Retrieved June 27, 2013. Updated 10/05/2011