Laserkoeling voor quantumgassen

ENGINEERINGNET.BE - Door gebruik te maken van laserkoeling kan men atomen en moleculen afremmen en zo gassen vormen met temperaturen vlakbij de allerlaagst mogelijke temperatuur, zo’n 273 graden onder nul op de Celsiusschaal.

Als gassen zó koud worden, worden ze ook erg ‘schoon’, wat wil zeggen dat warmte nauwelijks invloed heeft op de natuurkundige processen die zich afspelen. In plaats daarvan zijn het de wetten van de quantummechanica die heersen.

In veel gassen komen de atomen collectief tot rust in hun laagst mogelijke energietoestand, een proces dat bekendstaat als Bose-Einsteincondensatie. Pas na de opkomst van laserkoeling werd het mogelijk om materie te creëren en te bestuderen in zuivere realisaties van deze heel speciale quantumtoestand, waarin alle deeltjes zich precies hetzelfde gedragen.

In de loop der jaren is het door de voortschrijdende ontwikkeling van laserkoeling mogelijk geworden om steeds meer elementen in zulke toestanden van quantum-ontaarding te brengen, waarbij elk nieuw soort atomen zijn eigen experimentele mogelijkheden met zich meebrengt.

Zo worden ultrakoude atomen tegenwoordig gebruikt in de allerbeste klokken, die de tijd kunnen meten met een nauwkeurigheid van één seconde op de leeftijd van het heelal.

Bose-Einsteincondensaten doen ook dienst als bronnen van coherente atomen en zijn veelbelovend als het gaat om extreem nauwkeurige detectie met behulp van atoom-interferometrie, vergelijkbaar met hoe de laser-interferometrie een doorbraak bracht in de optische detectie.

Met verbeterde methodes wordt het mogelijk om met alleen laserkoeling een Bose-Einsteincondensaat te bereiken, terwijl het ook mogelijk wordt om die speciale toestand te behouden zo lang men wil: continue Bose-Einsteincondensatie.

UvA-natuurkundigen Florian Schreck en Klaasjan van Druten hebben de huidige staat van laserkoeling voor quantumgassen in kaart gebracht, alsmede de uitdagingen en verwachte vooruitgang die de toekomst biedt.