Diese Simulation veranschaulicht in stark vereinfachter Form die Funktionsweise einer magnetooptischen Falle, mit der Atome eingefangen und auf Temperaturen von wenigen Millikelvin abgekühlt werden. Das Modell basiert auf einem Ensemble nicht wechselwirkender Gase, die den Kräften von sechs Lichtstrahlen ausgesetzt sind, wobei drei davon gegenläufige Paare bilden. Die Simulation wird in drei Dimensionen durchgeführt, jedoch werden nur die Projektionen der Positionen und Geschwindigkeiten in der $xz$-Ebene dargestellt.

Tasten:

• Startet die Simulation neu.
• Konfiguriert weitere Fallenparameter: Laserverstimmung, Magnetfeldstärke, Anzahl der Atome, wahrscheinlichste Geschwindigkeit (welche die Anfangstemperatur der Probe bestimmt) sowie die Masse der Atome.
• Laser: Schaltet die Lichtstrahlen ein und aus.
• Magnetfeld: Schaltet das vom Helmholtz-Spulenpaar erzeugte Magnetfeld ein und aus.

Die Kraft in der $j$-Richtung, die aufgrund des Strahlpaares in dieser Richtung auf die Atome wirkt, ist gegeben durch

$ F_j = F_j^+ + F_j^- , $

wobei

$ F_j^\pm = \pm \hbar k \frac{\gamma_{22}}{2} \frac{ I/I_0 }{ 1 + I/I_0 + 4(\delta \mp k v_j \mp \beta_j r_j)^2/\gamma_{22}^2 } . $

Dabei ist $\gamma_{22}$ die Rate des spontanen Zerfalls der Atome vom Zustand $|2\rangle$ in den Zustand $|1\rangle$, $k$ die Wellenzahl, $I$ die Intensität des Laserstrahls, $I_0$ die Sättigungsintensität des Übergangs $|1\rangle \to |2\rangle$, $\delta$ die Laserverstimmung relativ zur Übergangsresonanz, $v_j$ die Geschwindigkeitskomponente des Atoms. Der Parameter $\beta_j$ ist definiert durch

$ \beta_j = \frac{g\mu_B}{\hbar} \frac{\partial B_j}{\partial j}. $

Hierbei ist $g$ der gyromagnetische Faktor, $\mu_B$ das Bohrsche Magneton und $B_j$ die $j$-Komponente des vom Helmholtz-Spulenpaar erzeugten Magnetfeldes.

Die Dynamik der Atome basiert auf dem zweiten Newtonschen Gesetz. Zur Simulation zufälliger Schwankungen der Atomgeschwindigkeiten infolge spontaner Emissionen wird eine Zufallsvariable $\varepsilon = 0{,}5\ \mathrm{m/s}$ hinzugefügt:

$ v(t) \rightarrow v(t) + \varepsilon . $

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