Techniklexikon

Polarisationsgradientenkühlung

Atom- und Molekülphysik, Kühlmechanismus der Laserkühlung von Atomen, der in bestimmten Formen der optischen Melasse wirksam ist. In Melassen, die aus gegenläufigen Laserstrahlen unterschiedlicher zirkularer Polarisation bestehen, führt dieser Kühlmechanismus zu einer Unterschreitung der Doppler-Grenze. Zum Verständnis der Polarisationsgradientenkühlung muss die exakte Drehimpulsstruktur des jeweiligen Atoms sowie die quantenmechanische Wechselwirkung des Atoms mit dem Lichtfeld berücksichtigt werden. Dies führt zu einer Ungleichbesetzung magnetischer Unterzustände für bewegte Atome und zwar derart, dass mehr Photonen aus dem Laserstrahl absorbiert werden, der der Bewegungsrichtung des Atoms entgegengerichtet ist. Nachdem 1988 in Melassen Temperaturen unterhalb der Doppler-Grenze gefunden wurden, gelang C. Cohen-Tannoudji und S. Chu die Erklärung dieser Diskrepanz. Ein weiterer Kühlmechanismus, der zu Sub-Doppler-Temperaturen führt, ist die Sisyphus-Kühlung, die in Melassen mit linear polarisiertem Licht wirksam ist.