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Zeeman-Kühlung

Atom- und Molekülphysik, Verfahren zum Abbremsen eines Atomstrahls mit Hilfe von Laserlicht. Die 1982 von Nobelpreisträger W.D. Phillips und H. Metcalf entwickelte Zeeman-Kühlung beruht auf der Kompensation der Doppler-Verschiebung des Laserlichts durch die Zeeman-Verschiebung der Energieniveaus (Zeeman-Effekt) in einem inhomogenen Magnetfeld. Voraussetzung für die effiziente Laserkühlung eines Atomstrahls ist die wiederholte Absorption von Photonen aus einem dem Atomstrahl entgegengerichteten Laserstrahl. Die Frequenz des Laserlichts Zeeman-Kühlung muss daher im Ruhesystem der Atome mit der atomaren Resonanzfrequenz Zeeman-Kühlung übereinstimmen: Zeeman-Kühlung (Zeeman-Kühlung ist der Wellenvektor des Lichts und Zeeman-Kühlung die Geschwindigkeit des Atoms). Das Skalarprodukt Zeeman-Kühlung ist die Frequenzverschiebung durch den Doppler-Effekt und trägt der Frequenzverschiebung des Lichts im Ruhesystem des Atoms Rechnung. Mit abnehmender Geschwindigkeit der Atome verringert sich die Frequenzverschiebung durch den Doppler-Effekt. Bei der Zeeman-Kühlung wird die atomare Resonanzfrequenz mit Hilfe eines räumlich variablen Magnetfeldes der abnehmenden Doppler-Verschiebung angepasst. Auf diese Weise lassen sich Atome mit thermischen Geschwindigkeiten von einigen hundert m / s auf einige cm / s abbremsen. Das Abbremsen eines Atomstrahls ist häufig die Vorstufe zum Einfang von Atomen in einer magneto-optischen Atomfalle, die auf einem ähnlichen Prinzip beruht wie die Zeeman-Kühlung.

 

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