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¿Cómo funciona el enfriamiento de Sisyphus en una imagen de fotón?

Hace algunos años, durante mi maestría, me tomé un curso corto en el frío de la materia, que incluye un componente de láser de refrigeración y la captura impartidas por Ed Hinds. En la conferencia sobre Sísifo de refrigeración, se hace la afirmación de que

desde el quantum punto de vista, esta fuerza es debida a la dispersión estimulada de fotones de un rayo en el otro.

Ciertamente suena razonable, por lo que sólo fue en un archivo en mi cabeza, pero me llamaron a cabo en un reciente comentario, el cual establece que

cada refrigeración esquema de las necesidades de la emisión espontánea de una manera o de la otra

y que sin duda también suena razonable: por supuesto, cualquier esquema de enfriamiento debe implicar alguna forma de irreversible (o al menos termodinámicamente no trivial) paso en algún momento.

Más al punto, el conflicto en su mayoría señaló que yo realmente no entiendo cómo exactamente a este esquema de enfriamiento funciona. La costumbre de la comprensión es que dos contador de propagación de los rayos de luz con frente de polarización va a crear una polarización de rejilla, que oscilará entre el lineal y las dos polarización circular, y esto llevará a una posición dependiente de cambio de la energía para el $m=±1/2$ del suelo del estado de los componentes a través de la dinámica Stark cambio (es decir, la luz de la tecla de mayúsculas). El átomo luego tira hacia arriba, perdiendo energía cinética a energía potencial reversible de la moda y, a continuación, las transiciones hacia la otra curva, saliendo de ella con otro para subir la colina igual que Sísifo fue.

Aquí es, supongo, donde me pierdo: ¿cuál es la naturaleza precisa de estas transiciones? Donde se hace exactamente de la energía, cuánto de ella es de allí, y lo de los campos de intervenir para hacer esto? Diciendo que es el original láser campos que están causando esta transición parece ingenuo de mí, como que ya están en juego en la creación de la óptica de celosía, pero tal vez hay una explicación más rigurosa forma de tener en cuenta ambos efectos al mismo tiempo.

Además de esto, es la transición espontánea o estimulada? Si el último, ¿cuál es su plaza con la termodinámica de refrigeración? En cualquier caso, ¿de dónde viene la entropía en el centro de masa de movimiento ir? En el caso de Doppler de enfriamiento esto es relativamente fácil de ver - el átomo absorbe fotones de una manera ordenada, pero emite ellos de forma espontánea cualquiera que donde - pero aquí es menos claro en el que la energía se va y por lo tanto también es más difícil seguir la pista de que la entropía.

Por último, ¿cómo funciona el retroceso límite surgir para el esquema de arriba? Obviamente, hay algunos fotones de transferencias entre las vigas para dar cuenta de esto, pero la naturaleza de la transición entre dos estados fundamentales que pueden ser arbitrariamente cerca juntos, como la dinámica Stark división depende de la polarizabilidad, que podría ser arbitrariamente pequeño) tipo de oculta este, salvo que no fueron alguna forma de dispersión de un rayo en la otra, que como anteriormente parece difícil tirar fuera de la división.

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Ran Puntos 3202

Así que aquí está mi primera toma, que no responde a todas sus preguntas.

Coherente de las interacciones con el láser, incluyendo estimulado la redistribución de los fotones de un haz a los otros, dan lugar a un gradiente de los vestidos de los estados energías: el dipolo de la fuerza. Esta fuerza es conservativa y proporciona el espacio oscilante potencial óptica función en el interior de la m-nivel del átomo, como se muestra por el azul y el rojo de las líneas de la imagen. En un movimiento del átomo en algunos interno m estado puede ejecutar "cuesta arriba" la pérdida de energía cinética y "cuesta abajo" ganando energía cinética. Debido a que el dipolo de la fuerza es conservador, no puede proporcionar una refrigeración por su propia cuenta.

El punto clave en este refrigeración esquema óptico de bombeo entre los diferentes m-niveles, que es un proceso disipativo y representada por la flecha curva que va hacia arriba y hacia abajo en la imagen. Óptica de bombeo significa que un láser fotón es absorbido y, a continuación, de forma espontánea emitida al espacio libre, posiblemente cambiando el interior de la m-nivel. Una cosa importante a destacar es que la óptica de bombeo es "lento" en un sentido que no siguen el movimiento del átomo adiabático, pero con un poco de retraso. Las tarifas de óptica de bombeo depende de la natural de la anchura de línea y la desafinación del estado excitado, la intensidad y la polarización del campo eléctrico (en el átomo) y el Clebsch-Gordan de los coeficientes. Sísifo de refrigeración funciona porque óptica de bombeo de m=1/2 m=-1/2 es más probable que ocurra cuando el átomo está en la parte superior de la m=1/2 potencial de la colina, en comparación a la inversa óptica de bombeo proceso que contribuye a la calefacción. Un análogo argumento es verdadera a partir de la m=-1/2.

En este más probable óptica proceso de bombeo, la energía del fotón absorbido es menor que la energía de la forma espontánea fotón emitido, esto es, donde la energía se lleva lejos. La diferencia en las energías, igual a la diferencia de la óptica de los potenciales de los dos m-niveles, es compensado por una pérdida de energía cinética.

Para analizar el límite de temperatura de refrigeración esquema uno tiene que comparar las fuerzas de fricción a la competencia de la difusión (calefacción). El retroceso límite es un límite inferior para el Sísifo de refrigeración, porque corresponde a la difusión de un espontáneamente fotón emitido inicialmente en reposo. Esta emisión espontánea no es entre dos estados fundamentales, hay un intermedio estado excitado, que sólo se insinúa en su imagen. No estoy seguro de si es trivial o no que Sísifo de refrigeración puede llegar al límite de retroceso, tal vez alguien más puede llenar. Creo recordar algunos principios de análisis donde el resultado está en el mismo orden, pero más alto que el límite de retroceso.

De hecho, el retroceso de límite es fundamental para los métodos de refrigeración en el espacio libre que depende exclusivamente (al azar dirigido) emisión espontánea. Los métodos que pueden ir más allá del límite de retroceso son, por ejemplo, la banda lateral de refrigeración donde una trampa absorbe el fotón impulso, la velocidad de los métodos de selección (por ejemplo, la velocidad selectivo coherente de la población reventado), de la cavidad de enfriamiento o refrigeración por evaporación.

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