Это моделирование в сильно упрощённой форме демонстрирует работу магнито-оптической ловушки для захвата и охлаждения атомов до температур порядка нескольких милликельвинов. Модель основана на ансамбле невзаимодействующего газа, находящегося под действием сил шести световых пучков, три из которых образуют встречнопропагирующие пары. Моделирование выполняется в трёх измерениях, однако отображаются только проекции положений и скоростей на плоскость $xz$.

Кнопки:

• Перезапускает симуляцию.
• Настраивает другие параметры ловушки: отстройку лазера, напряжённость магнитного поля, число атомов и наиболее вероятную скорость (которая определяет начальную температуру образца), а также массу атомов.
• Лазеры: включает и выключает световые пучки.
• Магнитное поле: включает и выключает магнитное поле, создаваемое парой катушек Гельмгольца.

Сила в направлении $j$, действующая на атомы вследствие пары лучей в этом направлении, определяется выражением

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

где

$ 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 } . $

Здесь $\gamma_{22}$ — скорость спонтанного распада атомов из состояния $|2\rangle$ в состояние $|1\rangle$, $k$ — волновое число, $I$ — интенсивность лазерного пучка, $I_0$ — интенсивность насыщения перехода $|1\rangle \to |2\rangle$, $\delta$ — отстройка лазера относительно резонанса перехода, $v_j$ — компонента скорости атома. Параметр $\beta_j$ определяется формулой

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

В этом выражении $g$ — гиромагнитный фактор, $\mu_B$ — магнетон Бора, а $B_j$ — $j$-компонента магнитного поля, создаваемого парой катушек Гельмгольца.

Динамика атомов описывается вторым законом Ньютона. Для моделирования случайных флуктуаций скоростей атомов, обусловленных спонтанными излучениями, добавляется случайная величина $\varepsilon = 0{,}5\ \mathrm{m/s}$:

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

Читать далее:

Дата создания ↓ Алфавитный порядок ↑