El enfriamiento por láser es un método para ralentizar los átomos y, por lo tanto, enfriarlos mediante láser. Por lo general, consideramos que los láseres calientan las cosas, y ciertamente lo hacen en escalas macroscópicas, pero para átomos individuales o pequeños grupos de átomos, pueden usarse para enfriar. Las temperaturas más frías jamás generadas, menos de la mitad de una mil millonésima parte de un Kelvin (0,5 nanoKelvins) se han logrado mediante el uso de una combinación de enfriamiento por láser y enfriamiento por evaporación. Estas temperaturas se consiguen con pequeñas cantidades de gases difusos.

Los átomos que se mueven en una dirección determinada por encima de un umbral de velocidad son ralentizados selectivamente por un dispositivo de enfriamiento láser.

El mecanismo principal por el cual el enfriamiento del láser ralentiza los átomos es hacer que absorban y emitan fotones en direcciones aleatorias. Siempre que la velocidad del átomo sea mayor que la velocidad de retroceso de la emisión de fotones, la velocidad general se reduce. Si estuviera flotando en un aerodeslizador, moviéndose a una velocidad significativa en una dirección y lanzando bolas metálicas al azar desde el aerodeslizador, eventualmente su velocidad se ralentizaría y sus movimientos estarían completamente dictados por el efecto de retroceso de lanzar las bolas. Así es como funciona el enfriamiento por láser.

El enfriamiento por láser apunta selectivamente a los átomos que se mueven en ciertas direcciones y a ciertas velocidades dentro del gas. Al sintonizar la luz a una frecuencia específica, justo por debajo de la frecuencia de resonancia de la sustancia, la trampa láser apunta solo a los átomos que se mueven hacia ella. Esto se debe al efecto Doppler : cuando el átomo se mueve hacia la fuente láser, la frecuencia de la luz aumenta desde el punto de vista de ese átomo. Esta es la misma razón por la que la frecuencia del sonido varía cuando un tren pasa por delante de un observador estacionario: la velocidad relativa entre la fuente y el objeto manipula la frecuencia aparente. Para los átomos que no se mueven a esa velocidad umbral, son transparentes para el láser y, por lo tanto, no se ven afectados por él.

Cuando la frecuencia aparente de la luz con respecto a ciertos átomos en la trampa de enfriamiento del láser es la correcta, el átomo absorbe los fotones entrantes, se vuelve más energético temporalmente y luego emite un fotón. Por tanto, los átomos que se mueven en una dirección determinada por encima de una velocidad umbral son ralentizados selectivamente por el dispositivo de enfriamiento láser. Al disponer los láseres en una matriz tridimensional, rodeando el gas difuso, se puede amortiguar la velocidad atómica en los tres grados de libertad, lo que lleva a un menor movimiento atómico y, por lo tanto, a una temperatura más baja. El gas debe ser difuso para asegurar que los fotones no sean reabsorbidos por átomos adyacentes. También puede ser útil manipular lentamente la frecuencia del láser, ya que podría requerir varias etapas de enfriamiento para bajar el gas a la temperatura deseada. Hágalo con cuidado y tal vez obtenga esa beca de investigación ‘