Raman cooling
পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞানে, রমন কুলিং হল একটি সাব-রিকয়েল কুলিং কৌশল যা ডপলার কুলিংয়ের সীমাবদ্ধতার নিচে অপটিক্যাল পদ্ধতি ব্যবহার করে পরমাণুগুলিকে শীতল করার অনুমতি দেয়, ডপলার কুলিং একটি পরমাণুকে দেওয়া ফোটনের পুনরুদ্ধার শক্তি দ্বারা সীমাবদ্ধ। এই পদ্ধতিটি সাধারণ অপটিক্যাল গুড় বা গুড়ের মধ্যে সঞ্চালিত করা যেতে পারে যেখানে একটি অপটিক্যাল ল্যাটিস সুপারইম্পোজ করা হয়েছে, যাকে যথাক্রমে ফ্রি স্পেস রমন কুলিং এবং রমন সাইডব্যান্ড কুলিং বলা হয়। উভয় কৌশলই পরমাণু দ্বারা লেজার আলোর রমন বিচ্ছুরণ ব্যবহার করে। দুটি ফোটন রমন প্রক্রিয়া পরমাণুর দুটি হাইপারফাইন অবস্থার মধ্যে রূপান্তর দুটি লেজার রশ্মি দ্বারা ট্রিগার করা যেতে পারেঃ প্রথম রশ্মি পরমাণুকে একটি ভার্চুয়াল উত্তেজিত অবস্থায় উত্তেজিত করে (উদাহরণস্বরূপ কারণ এর ফ্রিকোয়েন্সি বাস্তব রূপান্তর ফ্রিকোয়েন্সির চেয়ে কম), এবং দ্বিতীয় রশ্মি পরমাণুটিকে অন্য হাইপারফাইন স্তরে ডি-এক্সাইট করে। দুটি বিমের ফ্রিকোয়েন্সি পার্থক্য দুটি হাইপারফাইন স্তরের মধ্যে ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সির ঠিক সমান। দীর্ঘ জীবনকালের স্তরগুলির মধ্যে রমন রূপান্তরের অত্যন্ত সংকীর্ণ রেখার প্রস্থের কারণে রমন রূপান্তরগুলি শীতল হওয়ার জন্য ভাল এবং সংকীর্ণ রেখার প্রস্থকে কাজে লাগাতে দুটি লেজার বিমের মধ্যে ফ্রিকোয়েন্সির পার্থক্যকে খুব সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। এই প্রক্রিয়ার দৃষ্টান্তটি দ্বি-ফোটন রমন প্রক্রিয়ার পরিকল্পিত দৃষ্টান্তে দেখানো হয়েছে। এটি দুটি স্তরের মধ্যে রূপান্তরকে সক্ষম করে এবং। মধ্যবর্তী, ভার্চ্যুয়াল স্তরটি ড্যাশড লাইন দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয় এবং প্রকৃত উত্তেজিত স্তরের সাপেক্ষে লাল-বিচ্ছিন্ন করা হয়। এখানে ফ্রিকোয়েন্সি পার্থক্য এবং এর মধ্যে শক্তির পার্থক্যের সাথে ঠিক মেলে। মুক্ত স্থান রমন শীতলকরণ এই পরিকল্পনায়, পরমাণুর একটি প্রাক-শীতল মেঘ (যার তাপমাত্রা কয়েক দশ মাইক্রোকেলভিনের) রমন-সদৃশ প্রক্রিয়াগুলির একটি ধারাবাহিক পালসের মধ্য দিয়ে যায়। বিমগুলি পাল্টা-প্রসারণকারী, এবং তাদের ফ্রিকোয়েন্সিগুলি উপরে বর্ণিত ঠিক তেমনই, ব্যতীত ফ্রিকোয়েন্সিটি এখন তার স্বাভাবিক মানের সাপেক্ষে সামান্য লাল-বিচ্ছিন্ন (বিচ্ছিন্ন)। সুতরাং, পর্যাপ্ত বেগ সহ লেজার 2-এর উৎসের দিকে অগ্রসর হওয়া পরমাণুগুলি ডপলার প্রভাবের জন্য রমন পালসের সাথে অনুরণিত হবে। তারা রাজ্যের প্রতি উত্তেজিত হবে এবং তাদের বেগের মডুলাস হ্রাস করে একটি গতিবেগ কিক পাবে। যদি দুটি লেজারের প্রসারণের দিকগুলি বিনিময় করা হয়, তবে বিপরীত দিকে চলমান পরমাণুগুলি উত্তেজিত হবে এবং গতিবেগ কিক পাবে যা তাদের বেগের মডুলাসকে হ্রাস করবে। লেজারগুলির ক্রমবর্ধমান দিকগুলি নিয়মিত বিনিময় করে এবং বিচ্ছিন্নকরণ পরিবর্তন করে, এমন সমস্ত পরমাণু থাকতে পারে যার জন্য প্রাথমিক বেগ অবস্থায় সন্তুষ্ট হয়, যখন পরমাণুগুলি এখনও অবস্থায় থাকে। তারপরে একটি নতুন রশ্মি চালু করা হয়, যার ফ্রিকোয়েন্সি ঠিক এবং এর মধ্যে ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সি। এটি অপটিক্যালি পরমাণুগুলিকে অবস্থা থেকে অবস্থায় পাম্প করবে এবং এই প্রক্রিয়া দ্বারা বেগগুলি এলোমেলো করা হবে, যাতে পরমাণুর একটি ভগ্নাংশ একটি বেগ অর্জন করবে। এই প্রক্রিয়াটি বেশ কয়েকবার পুনরাবৃত্তি করে (মূল কাগজে আটটি, রেফারেন্স দেখুন), মেঘের তাপমাত্রা এক মাইক্রোকেলভিনেরও কম করা যেতে পারে। রমন সাইডব্যান্ড কুলিং হল পর্যায়ক্রমিক সম্ভাবনার কম্পনশীল স্থল অবস্থায় পরমাণু প্রস্তুত করার এবং সেগুলিকে পুনরুদ্ধার সীমার নিচে শীতল করার একটি পদ্ধতি। এটি একটি অপটিক্যাল ডাইপোল ট্র্যাপের ভিতরে প্রয়োগ করা যেতে পারে যেখানে বাষ্পীভূত শীতলকরণের তুলনায় আটকা পড়া পরমাণুগুলির কম ক্ষতির সাথে শীতলকরণ অর্জন করা যেতে পারে, বাষ্পীভূত শীতলকরণের দক্ষতা এবং গতি উন্নত করার জন্য মধ্য-পর্যায়ের শীতলকরণ হিসাবে প্রয়োগ করা যেতে পারে এবং সাধারণত অত্যন্ত সংবেদনশীল উচ্চ ঘনত্বে নিম্ন তাপমাত্রায় লেজার শীতলকরণের ঐতিহ্যগত সীমাবদ্ধতা। এটি শীতল আয়নগুলির পাশাপাশি সিসিয়াম, পটাসিয়াম এবং লিথিয়াম ইত্যাদির মতো পরমাণুগুলিতে সফলভাবে প্রয়োগ করা হয়েছে। সাধারণ রমন সাইডব্যান্ড কুলিং স্কিম রমন সাইডব্যান্ড কুলিংয়ের প্রধান পদ্ধতিটি দুটি ফোটন রমন প্রক্রিয়া ব্যবহার করে একটি সুরেলা দোলক শক্তি দ্বারা পৃথক স্তরগুলিকে সংযুক্ত করে। যেহেতু পরমাণুগুলি তাদের স্থল অবস্থায় নেই, তাই তারা হারমোনিক দোলকের উত্তেজিত স্তরগুলির মধ্যে একটিতে আটকা পড়বে। রমন সাইডব্যান্ড কুলিংয়ের লক্ষ্য হল পরমাণুগুলিকে হারমোনিক সম্ভাবনার স্থল অবস্থায় রাখা। একটি পরিকল্পনার সাধারণ উদাহরণ হিসাবে, রমন রশ্মি (অন্তর্ভুক্ত রেখাচিত্রে লাল) হল দুটি ভিন্ন ফোটন (এবং) যা রৈখিকভাবে ভিন্নভাবে মেরুকৃত হয় যাতে আমাদের কৌণিক ভরবেগের পরিবর্তন হয়, যা থেকে পরিবর্তিত হয়, কিন্তু কম্পন স্তরে নেমে যায়। তারপর, আমরা একটি একক রশ্মি (অন্তর্ভুক্ত রেখাচিত্রে নীল) দিয়ে রিপাম্পিং ব্যবহার করি যা কম্পনের মাত্রা পরিবর্তন করে না (অর্থাৎ। আমাদের ভিতরে রেখে, এইভাবে সাইটে সুরেলা সম্ভাবনার অবস্থা হ্রাস করে। অপটিক্যাল ল্যাটিস-এ ডিজেনারেট রমন সাইডব্যান্ড কুলিং এই আরও নির্দিষ্ট কুলিং স্কিমটি চৌম্বক-অপটিক্যাল ট্র্যাপের পরমাণু থেকে শুরু হয়, একটি অপটিক্যাল ল্যাটিসের ভিতরে রমন ট্রানজিশন ব্যবহার করে পরমাণুগুলিকে তাদের কম্পনশীল স্থল অবস্থায় নিয়ে আসে। অপটিক্যাল ল্যাটিস হল একটি স্থানিক পর্যায়ক্রমিক সম্ভাব্যতা যা পাল্টা-প্রসারণকারী বিমের হস্তক্ষেপ দ্বারা গঠিত হয়। একটি আলোকীয় জাল এমনভাবে স্থাপন করা হয়, যাতে পরমাণুর একটি গুরুত্বপূর্ণ ভগ্নাংশ আটকে যায়। যদি জালের লেজারগুলি যথেষ্ট শক্তিশালী হয়, তবে প্রতিটি সাইটকে একটি সুরেলা ফাঁদ হিসাবে মডেল করা যেতে পারে। অপটিক্যাল ল্যাটিসের পরমাণুর জন্য একটি শক্ত বন্ধন প্রদান করা উচিত, যাতে তারা ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকা অনুরণিত ফোটনের সাথে মিথস্ক্রিয়া করতে না পারে এবং তাদের থেকে উত্তাপকে দমন করতে পারে। এটি ল্যাম্ব-ডিক প্যারামিটারের পরিপ্রেক্ষিতে পরিমাপ করা যেতে পারে, যা স্থল অবস্থার তরঙ্গ-প্যাকেটের আকারের সাথে মিথস্ক্রিয়াশীল লেজার আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অনুপাত দেয়। একটি অপটিক্যাল ল্যাটিস-এ, ফোটন পুনরুদ্ধার শক্তির অনুপাত এবং কম্পন মোডে শক্তি পৃথকীকরণ হিসাবে ব্যাখ্যা করা যেতে পারেঃ যেখানে পুনরুদ্ধার শক্তি এবং কম্পন শক্তি। এটি ল্যাম্ব-ডিক সীমা। এই নিয়মে, কম্পন শক্তি পুনরুদ্ধার শক্তির চেয়ে বড় এবং ছড়িয়ে ছিটিয়ে থাকা ফোটনগুলি পরমাণুর কম্পন অবস্থা পরিবর্তন করতে পারে না। বিশেষভাবে অবক্ষয়িত রমন পার্শ্বব্যান্ড শীতলকরণের জন্য, আমরা একটি দ্বি-স্তরের পরমাণু বিবেচনা করতে পারি, যার স্থল অবস্থার একটি কোয়ান্টাম সংখ্যা রয়েছে, যেমন এটি তিনগুণ অবক্ষয়িত হয়, বা। একটি চৌম্বক ক্ষেত্র যোগ করা হয়, যা জিমান প্রভাবের কারণে অবক্ষয়কে বাড়িয়ে তোলে। এর মান ঠিক এমনভাবে সুর করা হয়েছে যে, জিমান জাল দ্বারা সৃষ্ট সুরেলা সম্ভাবনার মধ্যে দুটি স্তরের ব্যবধানের সমান। রমন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে, একটি পরমাণু এমন একটি অবস্থায় স্থানান্তরিত হতে পারে যেখানে চৌম্বকীয় মুহূর্ত এক দ্বারা হ্রাস পেয়েছে এবং কম্পনশীল অবস্থাও এক দ্বারা হ্রাস পেয়েছে (উপরের ছবিতে লাল তীর)। এর পরে, যে পরমাণুগুলি জাল বিভব (কিন্তু সহ)-এর সর্বনিম্ন কম্পনশীল অবস্থায় থাকে সেগুলি অপটিক্যালি অবস্থায় পাম্প করা হয় (এবং হালকা রশ্মির ভূমিকা)। যেহেতু পাম্পিং বিমের ফ্রিকোয়েন্সিগুলির ক্ষেত্রে পরমাণুগুলির তাপমাত্রা যথেষ্ট কম, তাই পাম্পিং প্রক্রিয়া চলাকালীন পরমাণুটি তার কম্পনশীল অবস্থা পরিবর্তন করতে পারে না। এইভাবে এটি একটি নিম্ন কম্পনশীল অবস্থায় শেষ হয়, যা এটি শীতল হয়। প্রতিটি ধাপে নিম্ন কম্পনশীল অবস্থায় এই দক্ষ স্থানান্তর পৌঁছানোর জন্য, লেজারের পরামিতিগুলি, অর্থাৎ। ক্ষমতা এবং সময়, সাবধানে সুর করা উচিত। সাধারণভাবে, বিভিন্ন কম্পনশীল অবস্থার জন্য এই পরামিতিগুলি ভিন্ন কারণ সংযোগের শক্তি (রবি ফ্রিকোয়েন্সি) কম্পনশীল স্তরের উপর নির্ভর করে। এই সরল চিত্রের অতিরিক্ত জটিলতা ফোটনের পুনরাবৃত্তি থেকে উদ্ভূত হয়, যা এই রূপান্তরকে চালিত করে। পূর্বে উল্লিখিত ল্যাম্ব-ডিক ব্যবস্থায় শীতল করার মাধ্যমে শেষ জটিলতাটি সাধারণত এড়ানো যেতে পারে, যেখানে পরমাণুটি অপটিক্যাল ল্যাটিসের মধ্যে এত দৃঢ়ভাবে আটকা পড়ে যে এটি কার্যকরভাবে ফোটন রিকয়েলের কারণে তার গতিবেগ পরিবর্তন করে না। পরিস্থিতি মোস্বাউয়ার প্রভাবের অনুরূপ। এই কুলিং স্কিম শুধুমাত্র অপটিক্যাল কৌশল ব্যবহার করে কম তাপমাত্রায় পরমাণুর একটি অপেক্ষাকৃত উচ্চ ঘনত্ব অর্জন করতে দেয়। উদাহরণস্বরূপ, বোস-আইনস্টাইন সিজিয়ামের ঘনীভবন প্রথমবার একটি পরীক্ষায় অর্জন করেছিলেন যা রমন সাইডব্যান্ড কুলিংকে তার প্রথম পদক্ষেপ হিসাবে ব্যবহার করেছিল। সাম্প্রতিক পরীক্ষাগুলি দেখিয়েছে যে এটি সরাসরি বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন অর্জনের জন্য যথেষ্ট। আরও দেখুন লেজার কুলিং সাব-ডপলার কুলিং রেফারেন্স পারমাণবিক পদার্থবিজ্ঞান কুলিং প্রযুক্তি