Nagroda Nobla z fizyki w 1997 roku

Nagrody

Claude Cohen-Tannoudji

William D. Phillips

Nagrodę Nobla otrzymali Steven Chu, William D. Phillip (USA) i CIaude Cohen-Tannoudji (Francja) za rozwój metod schładzania i pułapkowania atomów przy użyciu lasera.

Badaniom w dziedzinie laserowej manipulacji atomami towarzyszyła w ostatnich latach powszechna fascynacja.
Ochłodzenie czegokolwiek za pomocą lasera lub w ogólności za pomocą jakiegokolwiek źródła światła może wydawać się zamierzeniem dość karkołomnym. Przyzwyczajeni jesteśmy do czegoś wręcz odwrotnego. Potrafimy zapewne wymienić wiele przykładów oddziaływania światła z materią, którego wynikiem jest jej ogrzanie, znamy także metody uzyskiwania bardzo wysokich temperatur za pomocą laserów. Znacznie trudniej natomiast wyobrazić sobie sytuację, w której oświetlenie jakiegokolwiek obiektu miałoby doprowadzić do obniżenia jego temperatury. Nasze intuicyjne oczekiwania są wynikiem traktowania światła wyłącznie jako nośnika energii. Tymczasem musimy pamiętać, że światło niesie ze sobą również pęd. Ta jego własność jest podstawą "świetlnego" chłodzenia.
Światło możemy przedstawić jak zbiór fotonów, które należy interpretować jako cząstki o określonym pędzie. Jeśli tym światłem jest wiązka lasera, to dysponujemy bardzo dużą liczbą fotonów poruszających się w tym samym kierunku. Wiązka atomów musi się poruszać w kierunku przeciwnym do silnej wiązki laserowej o odpowiednio dobranej częstotliwości równej częstotliwości rezonansowej czyli takiej, która będzie wzbudzała elektrony na wyższą powłokę. Atomy absorbują fotony czemu towarzyszy zmniejszanie składowej przeciwnie do kierunku biegu światła. Atom po bardzo krótkim czasie wypromieniowuje foton, ale w kierunku przypadkowym. Wiązka światła jest bardzo silna i niemal natychmiast następuje nowa absorpcja fotonu itd. Zmniejszenie pędu atomu w wyniku kolejnych absorpcji sumuje się, a kolejne emisje nie dają zauważalnego efektu na skutek przypadkowości kierunków emisji. Fotony, który nie zostają


Steven Chu

pochłonięte, nie są praktycznie przez atomy zauważane i nie uczestniczą w procesie chłodzenia. Niestety do rozwiązania był jeszcze problem zmiany częstotliwości spowodowanej zjawiskiem Dopplera.

Aparatura zbudowana przez Stevena Chu

Wszyscy laureaci mieli duży wpływ na rozwój metody laserowego chłodzenia. William Phillips opracował pułapkę magnetooptyczną, wykorzystującą oddziaływanie momentów magnetycznych atomów z zewnętrznym polem magnetycznym. W ten sposób udało mu się skompensować zmiany częstotliwości spowodowane zjawiskami Dopplera i Zeemana.
W 1985 roku Steven Chu i współpracownicy wykorzystali ten efekt do schładzania i pułapkowania atomów. Zastosowali trzy pary przeciwbieżnych wiązek laserowych tworzących ze sobą kąty proste. Aby chłodzone atomy nie spadały w dół skonstruowano magnetooptyczną pułapkę.
Claude Cohen-Tannoudji jest autorem schematu chłodzenia atomów zwanego polaryzacyjnym chłodzeniem gradientowym lub chłodzeniem Syzyfa. Metoda ta zapobiega ucieczce atomów z pułapki i otrzymane temperatury są znacznie niższe. W ten sposób uzyskano temperaturę 0,00001K. Później zarówno Steven Chu jak i Claude Cohen-Tannoudji udoskonalali metodę chłodzenia i osiągnięto temperaturę zaledwie 180nK (0,00000018K).
Dzięki laserowemu chłodzeniu i pułapkowaniu manipulowanie atomami jest wspaniałym narzędziem ułatwiającym poznawanie otaczającej nas materii. Nasza wiedza o składnikach materii na poziomie atomów i cząsteczek, a co za tym idzie dokładność, z jaką potrafimy wyznaczyć podstawowe stałe fizyczne, zależy w znacznym stopniu od umiejętności podporządkowania sobie badanych układów. Możliwość wytworzenia sytuacji, w której mamy do czynienia z izolowanymi jest bardzo ciekawa. W tym wielkość i waga prac, w których tak znaczący udział mieli ubiegłoroczni nobliści.

« Poprzednia Następna »