Kalte materie und laser

Präsentation zum Thema: "Kalte materie und laser"—  Präsentation transkript:

1 Kalte materie und laser
Der Laserkühlschrank Kalte materie und laser Manuel Kainz

2 Makroskopische Quanteneffekte
Supraleitung Verlust des elektrischen Widerstands ab einer kritischen Temperatur Suprafluidität Verlust innerer Reibung und nahezu ideale Wärmeleitfähigkeit

3 Kalte Materie Temperaturbereich Tiefste Temperatur
- Nahe des absoluten Nullpunktes der Temperaturskala - 0K bzw. -273,15°C Tiefste Temperatur ~100pK bzw K

4 Temperatur und mittlere kinetische Energie
Ideales Gas

5 Temperatur und mittlere kinetische Energie
Ideales Gas 𝐸 𝑘𝑖𝑛 = 3 2 𝑘 𝐵 𝑇= 1 2 𝑚 𝑣²

6 Temperatur und mittlere kinetische Energie
Ideales Gas 𝐸 𝑘𝑖𝑛 = 3 2 𝑘 𝐵 𝑇= 1 2 𝑚 𝑣² Maxwell-Boltzmann-Verteilung p(v)

7 Temperatur und mittlere kinetische Energie
Ideales Gas 𝐸 𝑘𝑖𝑛 = 3 2 𝑘 𝐵 𝑇= 1 2 𝑚 𝑣² Maxwell-Boltzmann-Verteilung p(v) Die Temperatur eines Gases spiegelt sich also in der kinetischen Energie der Atome wieder

8 Temperatur und mittlere kinetische Energie
Ideales Gas 𝐸 𝑘𝑖𝑛 = 3 2 𝑘 𝐵 𝑇= 1 2 𝑚 𝑣² Maxwell-Boltzmann-Verteilung p(v) Die Temperatur eines Gases spiegelt sich also in der kinetischen Energie der Atome wieder Atome abbremsen – Temperatur senken

9 Abbremsen von Teilchen mit Laser
Laserstrahl -hohe Intensität -scharfe Bündelung -große Kohärenzlänge

10 Abbremsen von Teilchen mit Laser
Laserstrahl -hohe Intensität -scharfe Bündelung -große Kohärenzlänge Vereinfachung durch 2-Niveau-Modell Grundzustand E1 Angeregter Zustand E2

11 Wechselwirkung über 2-Niveau-Modell
Wechselwirkung von Photon und Atom: Photon mit Frequenz 𝜈 𝑃 𝜈 𝑝 ≥ Δ𝐸 ℎ

12 Wechselwirkung über 2-Niveau-Modell
Wechselwirkung von Photon und Atom: Photon mit Frequenz 𝜈 𝑃 𝜈 𝑝 ≥ Δ𝐸 ℎ ⟹ Absorption ⟹ Angeregter Zustand E2

13 Wechselwirkung über 2-Niveau-Modell
Wechselwirkung von Photon und Atom: Photon mit Frequenz 𝜈 𝑃 𝜈 𝑝 ≥ Δ𝐸 ℎ ⟹ Absorption ⟹ Angeregter Zustand E2 Impulsübertrag in jene Richtung, in die sich die Photonen bewegen

14 Abgabe des Photons Stimulierte Emission
Abstrahlung in Richtung des eingestrahlten Photons Kein Netto-Impulsübertrag auf das Atom

15 Abgabe des Photons Stimulierte Emission
Abstrahlung in Richtung des eingestrahlten Photons Kein Netto-Impulsübertrag auf das Atom Spontane Emission Abstrahlung in zufällige Richtung Statistisch gleichverteilt Netto-Impulsübertrag in Vorzugsrichtung der Photonen

16 Abbremsen der Atome Beschleunigung in Vorzugsrichtung der Photonen

17 Abbremsen der Atome Beschleunigung in Vorzugsrichtung der Photonen
Einstrahlen von Photonen aus allen Raumrichtungen

18 Abbremsen der Atome Beschleunigung in Vorzugsrichtung der Photonen
Einstrahlen von Photonen aus allen Raumrichtungen

19 Zusammenfassung Zusammenhang der Temperatur mit der kinetischen Energie der Teilchen Reduktion der kinetischen Energie bedeutet senken der Temperatur Ausnützung der Impulserhaltung bei Absorption und Emission Gleichförmige Bestrahlung im Raum bremst die Atome Kühlen des Systems