レーザー冷却
ドップラー冷却過程、偏光勾配冷却過程を含むレーザー冷却が有効に働く大前提として原子(イオン)同士の相互作用が無視できるというものがある。より低温の状態では、原子同士を高密度で保持する必要があるため相互作用が無視できなくなり、レーザー冷却のみでは達成できない。
冷却により運動エネルギーを十分に失った原子は、ほぼ重力の効果だけで落下していく。磁性をもつ原子であれば磁気光学トラップ(英語版)を使って留めておくことができる。このときわずかにエネルギーが高くてトラップから離れた原子だけを赤外線放射で吹き飛ばす(蒸発させる)。温度とは個々の原子ではなく系をなす原子団の運動エネルギーの分布なので、わずかでも運動エネルギーの高い原子を系から分離すれば、結果として系はさらに冷却される。これを蒸発冷却(英語版)といい、1995年にエリック・コーネル、カール・ワイマンによって開発された。これにより原子系でのボーズ=アインシュタイン凝縮が初めて確認された。この功績でヴォルフガング・ケターレとともにノーベル賞を授与されている。開発されたルビジウム原子を用いた実験では約170ナノケルビンを達成している。
これは三次元空間の各軸について同時に行なうことができ、全ての方向について、原子の運動量を減らす、すなわち冷却することができる。
なおレーザー光を吸収することで原子(イオン)の得たエネルギーは、原子を励起させたのち自然放射によって放出される。この際の放射は全方向にランダムに起こるため、その際の光圧は原子の平均速度には寄与しない。しかし、原子の温度すなわち運動エネルギーは原子の根二乗平均速度に比例し、これはこの自然放射により増大する。
ドップラー冷却過程で到達できる温度はドップラー効果由来の光圧のアンバランスによる冷却効果と、自然放射による加熱効果のつりあいで決まり、使用する原子(イオン)の吸収線の線幅に比例する。ナトリウム、ルビジウム等のアルカリ金属原子、水素、準安定希ガス原子についてはこの線幅はメガヘルツのオーダーであり、ドップラー冷却限界温度はミリケルビンのオーダーとなる。ストロンチウム等のアルカリ土類原子についてはキロヘルツのオーダーの吸収線が使用可能であり、その場合マイクロケルビンのオーダーとなる。
極低温において巨視的な物体にも顕著に現われる量子性を研究するため、具体的にはボース=アインシュタイン凝縮の研究や量子コンピュータの実験などに用いられる。