Streszczenie

W13

•p

uła

pk

i jo

no

we

: –

siły

Coulo

mba

puła

pki P

ennin

ga,

Paula

kontr

olo

wanie

poje

dynczych a

tom

ów

→zasto

sow

anie

w k

om

pute

rach k

wanto

wych?

→prz

eskoki kw

anto

we

(obserw

. na ż

yw

o e

mis

ji/abs.

poje

d.

foto

nów

w p

oje

d.

ato

mach)

poje

dyncze jony m

ogą b

yć p

uła

pkow

ane i o

glą

dane

I

czas

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

1/21

(y

jp

jp

j)

•c

hło

dze

nie

i p

uła

pk

ow

an

ie n

eu

tra

lnyc

h a

tom

ów

siły

opty

czne:

a)

sponta

nic

zne –

ciś

nie

nie

św

iatła (

rozpra

szają

en.

→chło

dzą)

b)

dip

olo

we (

reakty

wne –

nie

chło

dzą a

le p

uła

pkują

)

spon

t. s

iły w

spom

agan

e pr

zez

niej

edno

rodne

pol

e m

agne

tycz

ne

→Pu

łapk

a M

agn

eto

opty

czna

(M

OT)

N ≈

106at.

Rb85, T ≈

100 µ

K

Pomiar

tempe

ratu

ry:

Pomiar

tempe

ratu

ry:

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

2/21

czas

prz

elo

tu0

@

@

T

T ≈

0,0

001 K

0,0

001 K

υ atom

atom

≈30 c

m/s

ek

30 c

m/s

ek

A)

A) te

mpe

ratu

ryte

mpe

ratu

ry

chło

dze

nie

-∆p

= N

ħk L

śred

nia

pręd

kość

=0

abso

rpcj

a -

em. sp

onta

nicz

na⇓

grza

nie

⇐dyf

uzja

pęd

udys

pers

ja p

rędko

ści

≠0

k BT

D=D/k

=ħ

Γ/2

←gr

anica

Dop

plera

(Na: 240 µ

K,

Rb: 140 µ

K)

Ogr

anicz

eni

Ogr

anicz

enia ?

a ?

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

3/21

ρ max= 1

011–

1012at/

cm3

kabs

kem

uwięzienie p

romieniow

ania

B)

B) ggęę

sto

stośś

ci a

tom

ci a

tomóóww

(reak

tyw

ne –

nie c

hło

dzą

!)S

iłydip

olow

e

)(

1/

)v

(

)(

)v

(2

22

rG

k

rG

kF

d+

+⋅

−∇

⋅−

−=

γδ

δ

po

le E

→

po

lary

zacj

a o

śro

dk

a: D

ind=

αE

→o

dd

z. D

•E

= -

αE2

∝I(

r)

α0

adre

sow

anie

q-b

itó

w ?

<>

I(r)

I(r)

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

4/21

0

kBT

U(r)

r

α>

0U(r)

r

α<

0

0

160

µΚ96

µΚ

75 µ

Κ62

µΚ

[M. B

rzo

zo

wska

et

al.,

Ph

ys.

Re

v. A

73

, 0

63

41

4 (

20

06

)

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

5/21

12

+Γ∆

Γ=

ΩS

S

V

Mo

del

ow

an

ie s

ieci

op

tycz

nyc

h

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

6/21

0-0

.4

δ[M

Hz]

0.4

emisja

spo

nt.

emisja

spo

nt.

~100

~100 --

10

10 µK lim

itK lim

it

opty

czne

U=-D

• Emagn

ety

czne

U=-

µ•B

Jesz

cze n

iższ

e t

empe

ratu

ry n

iż w

MOT?

Jesz

cze n

iższ

e t

empe

ratu

ry n

iż w

MOT?

Jesz

cze n

iższ

e t

empe

ratu

ry n

iż w

MOT?

Jesz

cze n

iższ

e t

empe

ratu

ry n

iż w

MOT?

„ciemne

puł

apk

i” –

bez

światła

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

7/21

10

0 n

K1

00

µK

30

0 K

MOT

MT

siły

dipolow

e n

ie c

hło

dzą

! →

odpa

rowanie

odpa

rowanie

Nie

moż

na o

siąg

nąć

Zera

Abso

lutn

ego

!N

ie m

ożna

osi

ągną

ć Z

era

Abso

lutn

ego

!

moż

emy

się t

ylko

zbliża

ć:m

ożem

y si

ę t

ylko

zbliża

ć:

III

zasa

da

term

odyn

amik

iII

I za

sada

term

odyn

amik

i

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

8/21

300 µ

K ↔

30 c

m

100 µ

K ↔

10 c

m

1 µ

K ↔

1 m

m

1995

1995 --

•E

. Cor

nell

&

C. W

iem

an(J

ILA

)R

b87

•R

. Hul

et (

Ric

e)Li7

•W. K

ette

rle

(MIT

)N

a23

40

0 n

K

20

0 n

K

50

nK

kond

ensa

cja

Bos

ego

kond

ensa

cja

Bos

ego

––Ein

stei

naE

inst

eina

Rb87

Obse

rwacj

a

Obse

rwacj

a ––

diagn

osty

ka:

diagn

osty

ka:

50

0 n

K2

50

nK

<7

0 n

K

2 m

arc

a 2

007

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

9/21

kond

ens

at

Bos

ego

kond

ens

at

Bos

ego

--Einst

eina

Einst

eina

(19

24

(19

24

--25

)2

5)

boz

ony (F=0, 1, 2, ...)

boz

ony (F=0, 1, 2, ...)

Nob

el 2001

Nob

el 2001

Ch

ara

kte

rys

tyk

i k

on

de

ns

atu

Ch

ara

kte

rys

tyk

i k

on

de

ns

atu

::

•w

ąski

e m

aksi

mum

w r

ozkł

adzi

e pr

ędko

ści

•am

pl. m

aksi

mum

gd

y T

•ks

ztał

t ch

mur

y od

twar

za k

szta

łt

stud

ni p

oten

cjał

u

1924

Saty

en

dra

nath

Bo

se

wyp

row

adzi

ł pra

wo

Plan

cka

z za

sad f

iz. s

taty

styc

znej

1925

Alb

ert

E

inste

in

uogó

lnił

do

cząs

tek

z m

asą,

prze

jści

e fa

zow

e w

nis

kich

tem

p.

po

czątk

ip

oczątk

iK

on

den

sat

BK

on

den

sat

B--E

E

--

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

10/2

1

Fro

m a

cert

ain

tem

pera

ture

on,

the m

olecu

les

cond

ens

e w

ithou

t at

trac

tive

for

ces,

that

is,

they

accu

mul

ate a

t zero

velo

city

. T

he t

heor

y is

pre

tty

but

is

there

also

som

e t

ruth

to

it? A. E

inst

ein

Fro

m a

cert

ain

tem

pera

ture

on,

the m

olecu

les

cond

ens

e w

ithou

t at

trac

tive

for

ces,

that

is,

they

accu

mul

ate a

t zero

velo

city

. T

he t

heor

y is

pre

tty

but

is

there

also

som

e t

ruth

to

it? A. E

inst

ein

Ko

nd

en

sacja

Bo

seg

o-E

inste

ina (

BE

C)

ε= e

nerg

ia,

µ=

pot

encj

ał c

hem

. , β

= 1

/kBT

1)

(exp

1)

(−

−=

µε

βε

f

rozk

ład p

opul

acji

dla

boz

onów

:

∑=

εε)(

f

(ρ(ε

)=gę

stoś

ćst

anów

ener

g)

εε

ρε

∫∞

+=

0)

()

(d

f

Ko

nd

en

sacja

11oo

norm

aliz

acja

lic

zby

cząs

tek:

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

11/2

1

poni

żej

tem

p. k

ryty

czne

j:→

całk

a<<

N,

→w

ięks

zość

czą

stek

wst

anie

pod

st.

(ρ(ε

)gę

stoś

ć st

anów

ene

rg.)

∫ 0

Ket

terl

e,

PR

L 77,

416 (

1996)

Ket

terl

e,

PR

L 77,

416 (

1996)

TmkB

dB

22

πλ

=fa

le m

ater

ii:

gęst

ość

n, ś

r. o

dl.

cząs

tek:

n-1/3

deg

ener

acja

kw

anto

wa,

gdy

)(

3/

1T

ndB

λ≈

−

Rzę

dy w

ielkoś

ci:

t@

90

0K

1016

31/3

107

Rzę

dy w

ielkoś

ci:

t@

90

0K

1016

31/3

107

Ko

nd

en

sacja

22oo

Lou

is-Victo

r Pierr

e

Raymon

d d

e B

roglie

(Nob

el 1929)

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

12/2

1

gaz

atom

owy

@ 9

00

K, n

≈10

16cm

-3,

n-1

/3

≈10

-7m

, λ d

B≈

10-12

m

λ dB

dB <<

<< nn

--1/3

1/3

104

atom

ów w

typ

owej

puł

apce

: T

c~

10

0 n

K

λ dB

dB ≈

nn--1

/3

1/3

gaz

atom

owy

@ 9

00

K, n

≈10

16cm

-3,

n-1

/3

≈10

-7m

, λ d

B≈

10-12

m

λ dB

dB <<

<< nn

--1/3

1/3

104

atom

ów w

typ

owej

puł

apce

: T

c~

10

0 n

K

λ dB

dB ≈

nn--1

/3

1/3

•

cały

ato

m–

boz

on lub

fer

mio

n (c

ałko

wit

y kr

ęt! –

np. F

)•

atom

y w

puł

apce

:-

pozi

omy

ener

gety

czne

skw

anto

wan

e

•dos

tępn

ość

doś

wia

dcz

alna

(chło

dze

nie,

obse

rwac

ja)

•sła

be

oddzi

aływ

ania

mię

dzy

ato

mam

i~

10 -6

cm z

asię

g od

dz.

~10

–4

cm o

dl.

mię

dzy

atom

owe

•kon

den

sacj

a w

prz

echło

dzo

nym

gaz

ie

BEC

BEC w

ato

mach

w a

tomach

alkali

alkalicz

nych

czny

ch

He

l4

ato

my

alk

alic

zne

Ciekły

Ciekły

hel

helkon

tra

gagazow

yzow

yBEC:

BEC:

-gł

ówne

cech

y:

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

13/2

1

He

l 4

ato

my

alk

alic

zne

me

t. c

hło

dze

nia

pa

row

an

ieo

dp

aro

wa

nie

rf

lic

zba

ato

mó

w1

04

106

wie

lko

ść

pró

bk

i[n

m]

101

104

tem

pe

ratu

ra[K

]0

,37

0,1

7·1

0-6

λ dB

[Å]

30

6·1

04

gę

sto

ść

[cm

-3]

2,2

·1022

1014

śr.

od

leg

łoś

ć[n

m]

0,3

51

00

en

. o

dd

zia

ływ

an

ia [

K]

20

2·1

0-10

Ciekły

Ciekły

hel

helkon

tra

gagazow

yzow

yBEC:

BEC:

Op

tyka f

al m

Op

tyka f

al m

ate

rate

riiii((λ

dB

dB=

h/m

v)

=h

/mv)

––O

pt

Op

tyka A

tom

ów

yka A

tom

ów

spój

ne f

ale

→inte

rfere

ncja

→”lase

rato

mow

y”

NIS

T

Do

św

iad

czen

ia z

BE

C:

Do

św

iad

czen

ia z

BE

C:

Do

św

iad

czen

ia z

BE

C:

Do

św

iad

czen

ia z

BE

C:

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

14/2

1

MIT

MPQ

nie t

erm

alizu

ją (za

kaz

Pauliego

)nie t

erm

alizu

ją (za

kaz

Pauliego

)

(F=1

/2, 3

/2, 5

/2, ...

)(F

=1/2

, 3

/2, 5

/2, ...

)

↓ch

łodze

nie p

ośre

dnie

chło

dze

nie p

ośre

dnie

bos

on/f

erm

ion,

ferm

ion/

ferm

ion

19

99

D. J

in (

JIL

A)

K19

99

D. J

in (

JIL

A)

K40

40

Zim

ne f

erm

iony

Zim

ne f

erm

iony

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

15/2

1

20

01

R. H

ulet

(R

ice)

20

01

R. H

ulet

(R

ice)

Fiz

yka ultra-rzadkiejm

ate

rii s

ko

nd

es

ow

an

ej

:

* Nadciekł

ość

* Nadciekł

ość

* sieci o

ptycz

ne:

1D

3D

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

16/2

1

Wiry:

Fiz

yka ultra-rzadkiejm

ate

rii s

ko

nd

es

ow

an

ej

:

* Pr

zejś

cie f

azo

we M

otta

* Pr

zejś

cie f

azo

we M

otta

-at

om

y u

wo

lnio

ne

z si

eci

inte

rfer

ują

, g

dy

sp

ójn

e

-sp

ójn

ość

f.

falo

wej

ko

nd

ensa

tów

w r

óżn

ych

w

ęzła

ch ↔

nad

prz

ewo

dn

ictw

o

-sp

ójn

ość

nis

zczy

zw

ięk

szen

ie b

arie

ry p

ote

ncj

ału

-pro

ces

odw

raca

lny:

nad

prz

ewodnik

-izo

lato

r-nad

prz

ewodnik

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

17/2

1

[MPQ

–G

arch

ing]

mic

ro

mic

ro ––

BE

C

BE

C

(Garc

hin

g &

Tubin

gen)

(Garc

hin

g &

Tubin

gen)

mic

ro

mic

ro ––

BE

C

BE

C

(Garc

hin

g &

Tubin

gen)

(Garc

hin

g &

Tubin

gen)

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

18/2

1

6000 8

7R

b a

tom

ów

czas ładow

ania

8

s

czas c

hło

dzenia

2,1

s

prą

d 2

A

““C

ałk

ow

icie

C

ałk

ow

icie

op

to

ptyy

cczn

yzn

y”

” kk

on

den

sat

on

den

sat

““C

ałk

ow

icie

C

ałk

ow

icie

op

to

ptyy

cczn

yzn

y”

” kk

on

den

sat

on

den

sat

Ma

y 2

00

1, M

. C

ha

pm

an

(G

eo

rgia

Te

ch

)

Op

tyczn

a p

uła

pka

dip

olo

wa

U

= -

D• E

(św

iatło

nie

rezo

na

nso

we

, a

by

un

ikn

ąć e

m. sp

on

t.)

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

19/2

1

różn

e s

tan

y m

ag

ne

tyczn

e (

do

św

. S

tern

a-G

erl

ach

a)

Kon

dens

at

spinor

owy

łą

łł

łą

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

20/2

1

ężą

łą

1.M

od

el B

oh

ra, li

czb

y k

wan

tow

e.

2.S

tab

ilno

ść o

rbit

ato

mo

wych

a r

elac

ja n

ieo

znac

zon

ośc

i.

3.D

efek

t k

wan

tow

y, p

ozi

om

y e

ner

get

ycz

ne

ato

mó

w w

ielo

elek

trono

wych

.

4.P

rzyb

liże

nie

po

la c

entr

aln

ego

.

5.K

ole

jno

ść z

apeł

nia

nia

po

wło

k e

lek

tro

now

ych

, u

kła

d o

kre

sow

y p

ierw

iast

kó

w.

6.E

fek

ty w

ym

ian

y, p

ozi

om

y e

ner

get

ycz

ne

ato

mu

hel

u.

7.S

tru

ktu

ra s

ub

teln

a, o

dd

ział

yw

anie

sp

in-o

rbit

a, s

prz

ężen

ie L

-S i

j-j

.

8.P

od

staw

y m

od

elu

wek

toro

weg

o, za

sto

sow

anie

do

ef.

Zee

man

a, c

zyn

nik

Lan

deg

o

9.P

op

raw

ki re

laty

wis

tycz

ne

do

en

erg

ii p

ozi

om

ów

ato

mo

wych

.

10

.Mag

net

yzm

ato

mo

wy,

efe

kty

Zee

man

a i

Pas

chen

a-B

ack

a, p

ola

po

śred

nie

.

11

.Str

uk

tura

nad

sub

teln

a, e

fek

t iz

oto

po

wy,

ef.

Bac

ka-

Go

ud

smit

a.

12

.Ato

m w

po

lu e

lek

trycz

nym

.

13

.Str

uk

tura

po

zio

mó

wen

erg

etycz

nych

i w

idm

a cz

ąste

czek

.

14

.Prz

yb

liże

nie

dip

olo

we,

reg

uły

wyb

oru

.

15

St

it

jt

lj

fZ

Za

ga

dn

ien

ian

a e

gza

min

Woj

ciec

h G

awli

k -

Wst

ęp d

o F

izyk

i Ato

mow

ej, 2

008/

09. w

ykła

d 14

21/2

1

15

.Sta

ny n

iest

acjo

nar

ne,

rez

on

ans

op

tycz

ny,

po

lary

zacj

a w

ef.

Zee

man

a.

16

.Do

świa

dcz

enie

Fra

nck

a-H

ertz

a (j

ak i

po

co

?).

17

.Do

świa

dcz

enie

Ste

rna-

Ger

lach

a (j

ak i

po

co

?).

18

.Do

świa

dcz

enie

Lam

ba-

Ret

her

ford

a (j

ak i

po

co

?).

19

.Og

ran

icze

nia

do

kła

dn

ośc

i p

om

iaró

w s

pek

tro

skop

ow

ych

i s

po

sob

y i

ch e

lim

inac

ji.

20

.Po

mp

ow

anie

op

tycz

ne

(po

dst

awy i

zas

toso

wan

ia).

21

.Efe

kty

in

terf

eren

cji

stan

ów

ato

mo

wych

(p

rzec

ięci

a p

ozi

om

ów

en

erg

et., d

ud

nie

nia

kw

anto

we,

prą

żki

Ram

seya)

.

22

.Sp

ektr

osk

opia

las

ero

wa,

nas

yce

nie

i s

elek

cja

prę

dk

ośc

i i

ich

zas

toso

wan

ia d

o e

lim

inac

ji r

ozs

zerz

enia

do

pp

lero

wsk

ieg

o.

23

.Po

mia

r p

rzes

un

ięci

a L

amb

a st

anu

1S

(d

lacz

ego

i j

ak?)

24

.Pu

łap

ki jo

no

we

(jak

i p

o c

o?)

.

25

.Prz

esk

ok

i k

wan

tow

e i

ich

ob

serw

acja

.

26

.Sił

y o

pty

czn

e, c

hło

dze

nie

i p

uła

pk

ow

anie

neu

tral

nych

ato

mó

w.

27

.Ato

my b

ozo

no

we

i fe

rmio

no

we

w u

ltra

nis

kic

h t

emp

erat

ura

ch.