Zeeman slower
পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে, জিমান স্লোয়ার হল একটি বৈজ্ঞানিক যন্ত্র যা সাধারণত পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে প্রতি সেকেন্ডে কয়েক মিটার গতিতে এবং কেলভিনের নিচে তাপমাত্রায় গরম পরমাণুর মরীচি ধীর এবং শীতল করতে ব্যবহৃত হয়। পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে ব্যবহৃত গ্যাস-পর্যায়ের পরমাণুগুলি প্রায়শই চুলায় একটি কঠিন বা তরল পারমাণবিক নমুনাকে এমন তাপমাত্রায় গরম করে তৈরি করা হয় যেখানে বাষ্পের চাপ যথেষ্ট বেশি থাকে যে গ্যাস পর্যায়ে যথেষ্ট সংখ্যক পরমাণু থাকে। এই পরমাণুগুলি ওভেনের একটি গর্ত থেকে শত শত মিটার/সেকেন্ডের গড় গতিতে এবং বড় বেগ বিতরণ (তাদের উচ্চ তাপমাত্রার কারণে) দিয়ে নির্গত হয়। জিমান স্লোয়ার যেখানে গরম পরমাণুগুলি চুলা থেকে বেরিয়ে আসে তার কাছাকাছি সংযুক্ত থাকে এবং খুব কম বেগ ছড়িয়ে (শীতল) দিয়ে তাদের 10 মিটার/সেকেন্ড (ধীর) কম করতে ব্যবহৃত হয়। একটি জিমান স্লোয়ার একটি সিলিন্ডার নিয়ে গঠিত, যার মাধ্যমে একটি পারমাণবিক রশ্মি ভ্রমণ করে, একটি পাম্প লেজার যা বিমের দিকের সাপেক্ষে পাল্টা প্রচার করে এবং একটি চৌম্বক ক্ষেত্র (সাধারণত একটি সোলেনয়েডের মতো কুণ্ডলী দ্বারা উত্পাদিত) যা সিলিন্ডারের অক্ষ বরাবর একটি স্থানিকভাবে পরিবর্তিত মাত্রার সাথে নির্দেশ করে। পাম্প লেজার, যা পারমাণবিক পরিবর্তনের সাথে প্রায়-অনুরণিত হতে হবে, ডপলার মরীচিটির বেগ বিতরণের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট বেগ শ্রেণীকে ধীর করে দেয়। স্থানগতভাবে পরিবর্তিত চৌম্বক ক্ষেত্রটি জিম্যানের অনুনাদ ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে যাতে হ্রাসমান ডপলার স্থানান্তরের সাথে মিলে যায় কারণ পরমাণুগুলি নিম্ন গতিতে ধীর হয়ে যায় যখন তারা জিম্যানের মধ্য দিয়ে ধীরে ধীরে প্রসারিত হয় যা পাম্প লেজারকে ক্রমাগত অনুরণিত হতে দেয় এবং একটি ধীর শক্তি সরবরাহ করে। ইতিহাস জিম্যান স্লোয়ার প্রথম হ্যারল্ড জে মেটকাফ এবং উইলিয়াম ডি ফিলিপস দ্বারা বিকশিত হয়েছিল (যিনি জিম্যান স্লোয়ারের উপর তাঁর কাজের জন্য আংশিক কাজের জন্য 1997 সালের পদার্থবিজ্ঞানে নোবেল পুরস্কারের এক তৃতীয়াংশ পুরষ্কার পেয়েছিলেন)। এই নিম্ন তাপমাত্রার অর্জন বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবনের পরীক্ষামূলক উপলব্ধির পথ তৈরি করেছিল এবং একটি জিমান ধীর এই ধরনের যন্ত্রের অংশ হতে পারে। ডপলার কুলিংয়ের নীতি অনুসারে, দ্বি-স্তরের পরমাণু হিসাবে মডেল করা একটি পরমাণু লেজার ব্যবহার করে শীতল করা যেতে পারে। যদি এটি একটি নির্দিষ্ট দিকে চলে যায় এবং তার রূপান্তরের সাথে অনুরণিত একটি পাল্টা-প্রসারণকারী লেজার রশ্মির মুখোমুখি হয়, তবে এটি একটি ফোটন শোষণ করার সম্ভাবনা খুব বেশি। এই ফোটনের শোষণ পরমাণুটিকে গতিবেগ সংরক্ষণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ দিকে একটি "লাথি" দেয় এবং পরমাণুটিকে তার উত্তেজিত অবস্থায় নিয়ে আসে। যাইহোক, এই অবস্থাটি অস্থিতিশীল এবং কিছু সময় পরে স্বতঃস্ফূর্ত নির্গমনের মাধ্যমে পরমাণুটি তার স্থল অবস্থায় ফিরে আসে (ন্যানোসেকেন্ডের ক্রম অনুসারে একটি সময়ের পরে, উদাহরণস্বরূপ রুবিডিয়াম 87-এ ডি2 রূপান্তরের উত্তেজিত অবস্থার জীবনকাল 26.2 এনএস)। ফোটনটি পুনরায় নির্গত হবে (এবং পরমাণুটি আবার তার গতি বৃদ্ধি করবে), তবে এর দিকটি এলোমেলো হবে। যখন একটি পরমাণুতে এই প্রক্রিয়াগুলির একটি বড় সংখ্যার গড় প্রয়োগ করা হয়, তখন দেখা যায় যে শোষণ প্রক্রিয়াটি সর্বদা একই দিকে গতি হ্রাস করে (যেমন শোষিত ফোটনটি একটি একমুখী উৎস থেকে আসে), যেখানে নির্গমন প্রক্রিয়াটি কোনও পরিবর্তনের দিকে পরিচালিত করে না কারণ নির্গমনের দিকটি এলোমেলো। এইভাবে লেজার রশ্মি দ্বারা পরমাণু কার্যকরভাবে ধীর হয়ে যাচ্ছে। তবুও ডপলার প্রভাবের কারণে এই মৌলিক পরিকল্পনায় একটি সমস্যা রয়েছে। পরমাণুর অনুরণন বরং সংকীর্ণ (কয়েকটি মেগাহার্টজ ক্রমানুসারে), এবং কয়েকটি রিকয়েল মোমেন্টা দ্বারা তার গতিবেগ হ্রাস করার পরে, এটি আর পাম্প বিমের সাথে অনুরণনে নেই কারণ তার ফ্রেমে, লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি স্থানান্তরিত হয়েছে। জিমান ধীর এই সত্যটি ব্যবহার করে যে একটি চৌম্বক ক্ষেত্র এই সমস্যাটি মোকাবেলা করার জন্য জিমান প্রভাব ব্যবহার করে একটি পরমাণুর অনুরণন ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তন করতে পারে। ভর সহ একটি পরমাণুর গড় ত্বরণ (সময়ের সাথে সাথে অনেক ফোটন শোষণের ঘটনার কারণে), ফ্রিকোয়েন্সি সহ একটি সাইক্লিং ট্রানজিশন, এবং লাইনউইথ, যা একটি লেজার বিমের উপস্থিতিতে থাকে যার তরঙ্গ সংখ্যা এবং তীব্রতা (যেখানে লেজারের সম্পৃক্ততা তীব্রতা) থাকে। একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের উপস্থিতিতে, পারমাণবিক রূপান্তরটি জিমান একটি পরিমাণ দ্বারা স্থানান্তরিত হয় (যেখানে রূপান্তরের চৌম্বকীয় মুহূর্ত)। সুতরাং, পরমাণুর শূন্য-ক্ষেত্র অনুরণিত ফ্রিকোয়েন্সি থেকে লেজারের কার্যকর বিচ্ছিন্নকরণ হল যে পরমাণুর জন্য সবচেয়ে বড় ত্বরণ অনুভব করবে, যথা কোথায় এবং কোথায়। সবচেয়ে সাধারণ পদ্ধতি হল আমাদের একটি চৌম্বক ক্ষেত্রের রূপরেখা প্রয়োজন যা দিক পরিবর্তন করে যাতে পরমাণুগুলি ধীর গতির অক্ষ বরাবর উড়ে যাওয়ার সময় একটি ধ্রুবক ত্বরণ অনুভব করে। তবে সম্প্রতি দেখা গেছে যে, একটি ভিন্ন পদ্ধতি আরও ভাল ফলাফল দেয়। ধ্রুবক হ্রাস পদ্ধতির মধ্যে আমরা পাইঃ সর্বাধিক বেগ শ্রেণী কোথায় যা ধীর হয়ে যাবে; বেগ বণ্টনের সমস্ত পরমাণু যার বেগ রয়েছে তা ধীর হয়ে যাবে এবং বেগযুক্ত পরমাণুগুলি মোটেও ধীর হবে না। প্যারামিটারটি (যা প্রয়োজনীয় লেজারের তীব্রতা নির্ধারণ করে) সাধারণত. 5 এর কাছাকাছি হওয়ার জন্য বেছে নেওয়া হয়। যদি একটি জিমান ধীর গতিতে পরিচালিত হয়, তবে একটি ফোটন শোষণ করার পরে এবং উত্তেজিত অবস্থায় চলে যাওয়ার পরে, পরমাণুটি তখন লেজার রশ্মির দিকে (উদ্দীপিত নির্গমনের কারণে) একটি ফোটন পুনরায় নির্গত করবে যা ধীর প্রক্রিয়াটিকে প্রতিহত করবে। উপলব্ধি আমরা উপরে যেমন দেখিয়েছি, স্থানগতভাবে অসম চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রয়োজনীয় রূপটির রূপ রয়েছে এই ক্ষেত্রটি কয়েকটি ভিন্ন উপায়ে উপলব্ধি করা যেতে পারে। সর্বাধিক জনপ্রিয় নকশায় একটি বিদ্যুৎ বহনকারী তারের সাথে অনেক স্তরযুক্ত ঘূর্ণায়মান মোড়ানো প্রয়োজন যেখানে ক্ষেত্রটি সবচেয়ে শক্তিশালী (প্রায় 20-50 ঘূর্ণায়মান) এবং কয়েকটি ঘূর্ণায়মান যেখানে ক্ষেত্রটি দুর্বল। বিকল্প নকশাগুলির মধ্যে রয়েছেঃ একটি একক স্তর কুণ্ডলী যা ঘূর্ণনের পিচের মধ্যে পরিবর্তিত হয়, বিভিন্ন কনফিগারেশনে স্থায়ী চুম্বকের একটি অ্যারে। বহির্গামী পরমাণু জিমান স্লোয়ার সাধারণত একটি চৌম্বক-অপটিক্যাল ফাঁদে আটকে রাখার জন্য পরমাণুগুলিকে শীতল করার প্রাথমিক পদক্ষেপ হিসাবে ব্যবহৃত হয়। সুতরাং এটি প্রায় 10 মিটার/সেকেন্ড (ব্যবহৃত পরমাণুর উপর নির্ভর করে) চূড়ান্ত বেগ লক্ষ্য করে, যা প্রতি সেকেন্ডে কয়েকশ মিটার বেগ সহ পরমাণুর মরীচি দিয়ে শুরু হয়। চূড়ান্ত গতিতে পৌঁছনো হ 'ল দীর্ঘ জিমান ধীর হওয়ার প্রযুক্তিগত অসুবিধা এবং ফাঁদে দক্ষভাবে লোড করার জন্য অনুমোদিত সর্বোচ্চ গতির মধ্যে একটি আপস। সেটআপের একটি সীমাবদ্ধতা হতে পারে মরীচিটির আড়াআড়ি উত্তাপ। এটি তার গড় মানগুলির চারপাশে তিনটি অক্ষ বরাবর গতির ওঠানামার সাথে যুক্ত, যেহেতু চূড়ান্ত গতিবেগকে বিপুল সংখ্যক প্রক্রিয়ার গড় বলা হত। এই ওঠানামা শোষিত ফোটনের এলোমেলো পুনরায় নির্গমনের কারণে ব্রাউনীয় গতির পরমাণুর সাথে যুক্ত। পরবর্তী ফাঁদে পরমাণুগুলি লোড করার সময় এগুলি অসুবিধা সৃষ্টি করতে পারে। তথ্যসূত্র পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান শীতলকরণ প্রযুক্তি বৈজ্ঞানিক যন্ত্রপাতি