拉ひしげ曼冷卻

拉ひしげ曼冷卻（英語えいご：Raman cooling）是これ原子げんし物理ぶつり學がく中ちゅう一種激光冷卻手段，它可以將原子げんし冷ひや卻到低てい於多た普ふ勒冷卻極限きょくげん的てき溫度おんど。由よし於光子こうし帶たい給きゅう原子げんし的てき反はん衝動しょうどう能のう，多た普ふ勒冷卻只能のう將はた原子げんし冷ひや卻到幾いく百ひゃく微ほろ開ひらき量りょう級きゅう，如Rb原子げんし的てき多た普ふ勒溫度おんど為ため140微ほろ開ひらき。 拉ひしげ曼冷卻可以在單獨たんどく的てき光學こうがく粘ねば團だん或ある在ざい疊たたみ加か了りょう光ひかり晶あきら格かく的てき光學こうがく粘ねば團だん中ちゅう進行しんこう，分ふん別稱べっしょう為ため自由じゆう空間くうかん拉ひしげ曼冷卻和わ拉ひしげ曼邊帶たい冷ひや卻。兩りょう種たね技術ぎじゅつ都と利用りよう了りょう原子げんし對たい激げき光こう的てき拉ひしげ曼散射しゃ 。

雙そう光子こうし拉ひしげ曼過程かてい

兩個りゃんこ基もと態たい之の間あいだ的てき拉ひしげ曼雙光子こうし過程かてい，通過つうか一個與真實激發態略微紅失諧的虛能級相聯繫

原子げんし的てき兩個りゃんこ超ちょう精細せいさい能のう級きゅう之これ間あいだ的てき躍おど遷可以由兩りょう束たば不同ふどう波長はちょう的てき激げき光こう觸發しょくはつ：一束光把原子激發到虛能級激發態(比ひ如激光こう的てき頻しき率りつ比ひ真實しんじつ的てき躍おど遷頻率りつ低てい)，第だい二束光使原子退激發到另一個超精細能級。而這兩りょう束たば光こう的てき頻しき率りつ差さ正せい好こう是ぜ兩個りゃんこ超ちょう精細せいさい能のう級きゅう的てき能のう級きゅう差さ。

這個過程かてい的てき圖示ずし如上じょじょう。雙そう光子こうし拉ひしげ曼過程ほど在ざい兩個りゃんこ超ちょう精細せいさい能のう級きゅう$|g_{1}\rangle$和わ$|g_{2}\rangle$之これ間あいだ發生はっせい，中間なかま能のう級きゅう，也就是ぜ虛きょ能のう級きゅう在ざい圖ず中ちゅう用よう虛きょ線せん表示ひょうじ，虛きょ能のう級きゅう較之真實しんじつ激發げきはつ態たい能のう級きゅう$|e\rangle$有ゆう一いち個こ紅べに失しつ諧。兩りょう束たば激げき光こう的てき頻しき率りつ差さ$f_{2}-f_{1}$正せい好こう與あずか$|g_{1}\rangle$和わ$|g_{2}\rangle$的てき能のう量りょう差さ匹ひき配はい。

自由じゆう空間くうかん拉ひしげ曼冷卻

在ざい自由じゆう空間くうかん拉ひしげ曼冷卻的實驗じっけん配置はいち中ちゅう，需要じゅよう向こう預あずか先せん被ひ冷ひや卻到幾いく十微開爾文的原子團打一系列激光脈衝，使つかい它們經歷けいれき類似るいじ上じょう節ふし所しょ述じゅつ的てき拉ひしげ曼雙光子こうし過程かてい。空間くうかん位置いち上じょう兩りょう束たば激げき光こう相對そうたい着ぎ打だ向こう原子げんし團だん。除じょ了りょう$f_{2}$現在げんざい要よう調ちょう成なり略りゃく微ほろ紅べに失しつ諧外（失しつ諧為$\Delta$），兩りょう束たば激げき光こう頻しき率りつ配置はいち與あずか上うえ節ぶし完全かんぜん相しょう同どう。這樣配置はいち後ご，由ゆかり於多た普ふ勒頻移うつり，向こう着ちゃく激げき光こう2的てき源げん運動うんどう得とく足あし夠快的てき原子げんし可か以正好和よしかず激げき光こう共振きょうしん，被ひ激發げきはつ到いた$|g_{2}\rangle$態たい，並なみ且由於吸收きゅうしゅう了りょう一いち個こ光子こうし，動どう量りょう守恆もりつね使し得とく此原子げんし速度そくど減げん小しょう。

如果將はた兩りょう束たば激げき光こう的てき傳播でんぱ方向ほうこう對たい換かわ，那な麼向另一個方向飛行的原子會被激發，然しか後こう速度そくど減げん小しょう。所以ゆえん通過つうか規律きりつ地ち改變かいへん激げき光こう的てき傳播でんぱ方向ほうこう，以及調節ちょうせつ失しつ諧$\Delta$，就可以設法ほう使し得とく所有しょゆう初はつ速度そくど滿足まんぞく$|v|>v_{max}$ 的てき原子げんし處しょ在ざい$|g_{2}\rangle$態たい，同時どうじ所有しょゆう速度そくど滿足まんぞく$|v|<v_{max}$的てき原子げんし仍舊處しょ於$|g_{1}\rangle$態たい。這時打開だかい一いち束たば新しん的てき光ひかり，頻しき率りつ調節ちょうせつ至いたり恰好かっこう能のう激發げきはつ$|g_{2}\rangle$態たい到いた$|e\rangle$態たい的てき躍おど遷，這束光こう通どおり過稱かしょう為ため光ひかり抽運的てき過程かてい將はた原はら先さき處しょ在ざい$|g_{2}\rangle$態たい抽運到いた$|g_{1}\rangle$態たい，由ゆかり於自發じはつ輻射ふくしゃ的てき隨ずい機き性せい，末まつ態たい時じ原子げんし的てき速度そくど變化へんか是ぜ隨ずい機き的てき，這樣就有一部分原子最終的速度會小於$v_{max}$，達いたる到いた冷ひや卻的目的もくてき。

多た次つぎ重複じゅうふく這個過程かてい（原論げんろん文中ぶんちゅう重複じゅうふく了りょう8次じ，詳しょう情じょう見參けんざん考こう文獻ぶんけん），原子げんし團だん的てき溫度おんど可か以達到いた低てい於1μみゅーK的てき水平すいへい。

拉ひしげ曼邊帶たい冷ひや卻

拉ひしげ曼邊帶たい冷ひや卻

這種冷ひや卻機制せい針はり對たい的てき是ぜ已やめ被かむ磁光阱束縛そくばく的てき原子げんし。首くび先さき啟けい用よう一いち個こ光ひかり晶あきら格かく，將はた相當そうとう一部分原子束縛在光晶格中。如果光こう晶あきら格かく的てき激げき光こう足あし夠強，它的每ごと個こ格かく點てん就可以近似きんじ看み作さく一個諧振子勢阱。一般いっぱん而言，原子げんし並なみ不ふ處しょ在ざい諧振子ふりこ的てき運動うんどう基もと態たい，而是處しょ於某個こ激發げきはつ態たい。拉ひしげ曼邊帶たい冷ひや卻的目的もくてき就是將はた每まい個こ格かく點てん上じょう的てき原子げんし冷ひや卻到運動うんどう基もと態たい。

我わが們考慮こうりょ一いち個こ二に能のう級きゅう的てき原子げんし，它的基もと態たい的てき量子りょうし數すう為ため$F=1$，對應たいおう磁量子りょうし數すう為ため三さん重じゅう簡併的てき$m=-1,0,1$。由よし於塞ふさが曼效應おう，加か上じょう磁場じば後ご原子げんし基もと態たい的てき三重簡併被消除了。塞ふさが曼能級きゅう劈裂與あずか外そと加か磁場じば強度きょうど成なり正せい比ひ，因いん此調節ちょうせつ磁場じば強度きょうど，使つかい塞ふさが曼能級きゅう劈裂與あずか諧振子ふりこ能のう級きゅう差さ恰好かっこう相等そうとう。

通過つうか拉ひしげ曼雙光子こうし過程かてい，一個原子可以躍遷到磁量子數與振動能級都減小1的てき態たい（如圖中ちゅう紅べに線せん所しょ示しめせ）。這之後ご，處しょ在ざい運動うんどう基もと態たい但ただし磁量子りょうし數すう$m\neq 1$的てき原子げんし會かい被ひ光ひかり抽運到いた$m=1$的てき態たい（$\sigma _{+}$光ひかり與あずか$\pi$光ひかり的てき作用さよう）。因よし為ため原子げんし的てき溫度おんど和わ泵浦光こう頻しき率りつ相しょう比ひ足あし夠低，所以ゆえん原子はらこ有ゆう極大きょくだい可能かのう不ふ會かい在ざい光ひかり抽運過程かてい中ちゅう改變かいへん它的振動しんどう能のう級きゅう。這樣，最終さいしゅう原子げんし被ひ製せい備到振動しんどう能のう級きゅう更さら低ひく的てき態たい，也即原子げんし被ひ進一しんいち步ふ冷ひや卻了。

為ため了りょう在ざい重複じゅうふく上述じょうじゅつ步ふ驟時能のう始終しじゅう保持ほじ高だか效こう，需要じゅよう小しょう心地ごこち調節ちょうせつ激げき光こう的てき參さん數すう，也就是ぜ激げき光こう的てき功こう率りつ與あずか打だ激げき光こう的てき時機じき。總體そうたい而言，對應たいおう不同ふどう的てき振動しんどう態たい有ゆう不同ふどう的てき參さん數すう，因いん為ため振動しんどう能のう級きゅう由よし原子げんし與あずか激げき光こう的てき耦合強度きょうど（拉ひしげ比ひ頻しき率りつ）決定けってい。躍おど遷時光子こうし的てき反はん衝也是ぜ一いち個こ困難こんなん之の處しょ，但ただし這個困難こんなん可か以通過つうか蘭らん姆迪克かつ機き制せい避免。這個機き制せい說せつ，如果光こう晶あきら格かく的てき激げき光こう強度きょうど非常ひじょう強きょう，勢いきおい阱中的てき原子げんし就幾乎不會かい因いん為ため自發じはつ輻射ふくしゃ放出ほうしゅつ光子こうし而改變かいへん其動量りょう。穆きよし斯堡爾なんじ效こう應おう中なか也有やゆう類似るいじ情況じょうきょう。

這種冷ひや卻機制せい可か以只用よう光學こうがく手段しゅだん將はた相當そうとう高密度こうみつど的てき原子げんし冷ひや卻到一いち個こ很低的てき溫度おんど。最近さいきん的てき實驗じっけん表明ひょうめい甚至可か以使用しよう拉ひしげ曼邊帶たい冷ひや卻來獲得かくとく玻色愛あい因いん斯坦凝聚ぎょうしゅう。比ひ如，這個獲得かくとく銫原子げんし的てき玻色愛あい因いん斯坦凝聚ぎょうしゅう的てき實驗じっけん 就將拉ひしげ曼邊帶たい冷ひや卻作為さくい它的第一步だいいっぽ。