deeltjesvertrager?

[Leuke gast]

Is het mogelijk om een deeltjes vertrager te maken, gebaseerd op hetzelfde principe als van een deeltjesversneller?

[Bart]

Laser cooling and trapping is daar een voorbeeld van. Hier worden deeltjes afgeremd en voor korte tijd ingeklemd mbv lasers.

http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_cooling

[DVR]

Nog een stap verder is Bose-Einstein Condensatie.. Met behulp van laser cooling is het mogelijk om (gebruikelijk een alkali gas, bv natrium of rubidium) te koelen tot temperaturen in de orde van tientallen microkelvin.. Kouder dan dit kun je het niet krijgen enkel met laser koeling, omdat je door het gebruik van de lasers de deeltjes toch steeds een beetje impuls blijft toedienen...

Als zo'n gas maximaal gekoeld is worden de lasers uit gezet, en een sterk magnetisch veld aangezet.. Dit magnetische veld houdt de koude atomen op hun plaats, en concentreert ze in het centrum van de magneetval..

Nu worden de meest energetische (de snelst bewegende) atomen uit deze val verwijderd.. Dit gebeurt door een effect dat ook wel spinflippen wordt genoemd, waar het op neer komt is dat de spin van atomen met een bepaalde hoeveelheid energie, wordt omgedraaid zodat deze zich juist van het centrum van de val af gaan bewegen.. Zo houd je de minst energetische atomen over..

Als nu dit zaakje koud genoeg is, dus als je genoeg hoog energetische deeltjes hebt verwijderd, dan treedt er een heel merkwaardig effect op: Bose-Einstein Condensatie..

Wat Bose-Einstein Condensatie precies is is moeilijk uit te leggen.. Waar het op neer komt is dat een significant deel van de atomen zich in de laagst mogelijke quantumtoestand bevindt, de grondtoestand.. Als de dichtheid groot genoeg is, zullen de golffuncties gaan overlappen... Dit is erg moeilijk (wellicht onmogelijk) voor te stellen... Het geheel vormt een coherente materiegolf, wat door sommigen ook wel eens een superatoom wordt genoemd..

Typische temperaturen die gehaald worden bij deze manier van koelen zijn in de orde van enkelen nanokelvins..

[Leuke gast]

kunnen we op deze manier een deeltje stil zetten en houden?

[Elmo]

Een tijdje wel ja (zolang je er niet aan meet, etc.)

[Leuke gast]

Een tijdje wel ja (zolang je er niet aan meet, etc.)

dus tijdelijk heeft zo'n deeltje een temperatuur van 0 Kelvin?

[Elmo]

Nee, dat denk ik niet.

Ik denk dat je het deeltje alleen op een bepaalde plek kunt houden door het laser-veld aan te laten staan. Je hebt dus een dynamisch evenwicht dat het deeltje op zijn plek houdt, en dus een eindige (zei het erg lage) temperatuur.

[DVR]

Inderdaad.. Bij laserkoeling zit je gebonden aan de zogenaamde recoil limiet: zo lang je de laser aan laat staan, blijven er fotonen scatteren op je deeltjes..

Maar ook met de volgende stap van verdampingskoelen (zoals ik hierboven in het kort beschreef) ben je gelimiteerd aan een zekere minimum temperatuur... Dit koelingsproces werkt op basis van het verwijderen van de relatief hoog-energetische deeltjes uit het gas dat je koelt.. Hoe verder je koelt, hoe minder deeltjes je over houdt.. Als je uiteindelijk nog maar één deeltje zou hebben, kun je niet meer spreken van een temperatuur..

Omdat er, bij het creëren van een Bose-Einstein Condensaat, een zekere verhouding moet zijn tussen de deeltesdichtheid en de temperatuur (n ³ = 2.612, met n de dichtheid en de thermische De Broglie golflengte -> h/ 2 m k T ) kan er dus niet al té lang op deze manier worden gekoeld, omdat je dan simpelweg al je deeltjes kwijt raakt..

[Anonymous]

ik begrijp het principe van laserkoeling niet volledig. eenmaal het foton geabsorbeerd en het atoom afgeremd, zal dit foton toch spontaan weer worden afgegeven? en wanneer dit gebeurt, wint het atoom toch gewoon zijn snelheid weer terug?

of maw, waarom is de netto afremming niet gelijk aan nul?

[DVR]

ik begrijp het principe van laserkoeling niet volledig. eenmaal het foton geabsorbeerd en het atoom afgeremd, zal dit foton toch spontaan weer worden afgegeven? en wanneer dit gebeurt, wint het atoom toch gewoon zijn snelheid weer terug?

of maw, waarom is de netto afremming niet gelijk aan nul?

Dit komt doordat de richting waarin het foton weer wordt uitgezonden volledig willekeurig is.. Dit betekent dat als je een atoom hebt dat zich met b.v. 800 m/s in een bepaalde richting voortplant, het in die richting wordt afgeremd doordat het proces heel erg vaak wordt toegepast..

De impuls van zo'n atoom is vele malen groter dan dat van één foton uit de laserbundel.. Je hebt dus ontzettend veel fotonen nodig om een atoom ook maar iets af te remmen.. Omdat de richting waarin het foton na absorbsie in uitgezonden wordt willekeurig is, middelt dit effect uit als het ontzettend vaak herhaald wordt..

Netto houd je dus een impulsoverdracht over tegen de bewegingsrichting van het atoom in..