ラマン冷却
そこで、 | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } と | e ⟩ {\displaystyle |e\rangle } の間の遷移周波数と厳密に一致する新たな光線を照射する。これにより原子を | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } 状態から | g 1 ⟩ {\displaystyle |g_{1}\rangle } 状態へと光ポンピングされ、速度がランダム化されて | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } にあった原子の一部が | v | < v m a x {\displaystyle |v|<v_{max}} を満たす速度を得る。
この過程を数回(原論文では8回)繰り返すことにより1マイクロケルビン以下に原子雲の温度を下げることができる。
原子の2つの超微細構造間の遷移は二つのレーザー光線により引き起こすことができる。最初の光線により原子は(たとえばその周波数が実遷移周波数より小さいという理由で)仮想励起状態へ励起され、次の光線により別の超微細構造へと脱励起される。2つの光線の間の周波数差は厳密に二つの超微細準位間の遷移周波数と一致する。
この過程を模式化すると、2光子ラマン過程の模式図として表わすことができる。これにより、二つの準位 | g 1 ⟩ {\displaystyle |g_{1}\rangle } と | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } の間の遷移が可能となる。中間の、仮想準位は破線で表わされており、実励起準位 | e ⟩ {\displaystyle |e\rangle } から赤方離調しいる。ここで、周波数差 f 2 − f 1 {\displaystyle f_{2}-f_{1}} は | g 1 ⟩ {\displaystyle |g_{1}\rangle } と | g 2 ⟩ {\displaystyle |g_{2}\rangle } とのエネルギー差に厳密に一致する。