Zeeman slower
جوہری طبیعیات میں، زیمن سلوور ایک سائنسی آلہ ہے جو عام طور پر جوہری طبیعیات میں گرم ایٹموں کی بیم کو کئی میٹر فی سیکنڈ کی رفتار اور کیلون سے نیچے کے درجہ حرارت تک سست اور ٹھنڈا کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ جوہری طبیعیات میں استعمال ہونے والے گیس فیز ایٹم اکثر تندور میں ٹھوس یا مائع جوہری نمونے کو ایسے درجہ حرارت پر گرم کرکے تیار کیے جاتے ہیں جہاں بخارات کا دباؤ اتنا زیادہ ہوتا ہے کہ ایٹموں کی کافی تعداد گیس فیز میں ہوتی ہے۔ یہ ایٹم تندور میں ایک سوراخ سے سینکڑوں میٹر/سیکنڈ کی اوسط رفتار اور بڑی رفتار کی تقسیم (ان کے اعلی درجہ حرارت کی وجہ سے) کے ساتھ خارج ہوتے ہیں۔ زیمن سلوور اس جگہ کے قریب منسلک ہوتا ہے جہاں گرم ایٹم تندور سے باہر نکلتے ہیں اور بہت کم رفتار کے پھیلاؤ (کولنگ) کے ساتھ انہیں 10 میٹر/سیکنڈ (سست) سے کم کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ زیمن سلوور ایک سلنڈر پر مشتمل ہوتا ہے، جس کے ذریعے ایک جوہری بیم سفر کرتا ہے، ایک پمپ لیزر جو بیم کی سمت کے حوالے سے جوابی پھیلاؤ کرتا ہے، اور ایک مقناطیسی میدان (عام طور پر سولینائڈ جیسی کنڈلی کے ذریعہ تیار کیا جاتا ہے) جو سلنڈر کے محور کے ساتھ ایک مقامی طور پر مختلف شدت کے ساتھ اشارہ کرتا ہے۔ پمپ لیزر، جس کا جوہری منتقلی کے ساتھ قریب گونج ہونا ضروری ہے، ڈوپلر بیم کی رفتار کی تقسیم کے اندر ایک خاص رفتار کی کلاس کو سست کر دیتا ہے۔ مقامی طور پر مختلف مقناطیسی میدان زیمن کو گونج کی تعدد کو کم ہوتی ہوئی ڈوپلر شفٹ سے ملنے کے لیے منتقل کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے کیونکہ ایٹم کم رفتار کی طرف سست ہو جاتے ہیں جبکہ وہ زیمن کے ذریعے آہستہ پھیلتے ہیں جس سے پمپ لیزر مسلسل گونجتا رہتا ہے اور ایک سست قوت فراہم کرتا ہے۔ زیمن سلوور کو سب سے پہلے ہیرالڈ جے میٹکالف اور ولیم ڈی فلپس نے تیار کیا تھا (جنہیں 1997 کے طبیعیات کے نوبل انعام کا ایک تہائی حصہ زیمن سلوور پر اپنے کام کے لیے جزوی طور پر دیا گیا تھا)۔ ان کم درجہ حرارت کے حصول نے بوس-آئن سٹائن کنڈینسیشن کے تجرباتی احساس کی راہ ہموار کی، اور زیمن کا سست ہونا اس طرح کے آلات کا حصہ ہو سکتا ہے۔ اصول ڈوپلر کولنگ کے اصولوں کے مطابق، دو سطحی ایٹم کے طور پر بنائے گئے ایٹم کو لیزر کا استعمال کرتے ہوئے ٹھنڈا کیا جا سکتا ہے۔ اگر یہ کسی مخصوص سمت میں حرکت کرتا ہے اور اس کی منتقلی کے ساتھ گونجنے والے جوابی پھیلاؤ والے لیزر بیم کا سامنا کرتا ہے، تو اس کے فوٹون کو جذب کرنے کا بہت امکان ہے۔ اس فوٹون کا جذب ایٹم کو اس سمت میں ایک "کک" دیتا ہے جو رفتار کے تحفظ کے مطابق ہے اور ایٹم کو اس کی پرجوش حالت میں لاتا ہے۔ تاہم، یہ حالت غیر مستحکم ہے اور کچھ وقت بعد ایٹم بے ساختہ اخراج کے ذریعے اپنی زمینی حالت میں واپس ختم ہو جاتا ہے (نینو سیکنڈ کی ترتیب پر ایک وقت کے بعد، مثال کے طور پر روبیڈیم 87 میں ڈی 2 منتقلی کی پرجوش حالت کی عمر 26.2 این ایس ہے)۔ فوٹون دوبارہ خارج ہو جائے گا (اور ایٹم دوبارہ اپنی رفتار میں اضافہ کرے گا)، لیکن اس کی سمت بے ترتیب ہوگی۔ جب ایک ایٹم پر لاگو ہونے والے ان عملوں کی ایک بڑی تعداد کا اوسط ہوتا ہے، تو کوئی یہ دیکھتا ہے کہ جذب کرنے کا عمل ہمیشہ ایک ہی سمت میں رفتار کو کم کرتا ہے (جیسا کہ جذب شدہ فوٹون ایک یک طرفہ ماخذ سے آتا ہے)، جبکہ اخراج کا عمل ایٹم کی رفتار میں کسی تبدیلی کا باعث نہیں بنتا ہے کیونکہ اخراج کی سمت بے ترتیب ہوتی ہے۔ اس طرح لیزر بیم کے ذریعے ایٹم کو مؤثر طریقے سے سست کیا جا رہا ہے۔ اس کے باوجود ڈوپلر اثر کی وجہ سے اس بنیادی اسکیم میں ایک مسئلہ ہے۔ ایٹم کی گونج کافی تنگ ہوتی ہے (چند میگا ہرٹز کی ترتیب پر)، اور اس کی رفتار کو چند ریکوئل مومینٹا سے کم کرنے کے بعد، یہ اب پمپ بیم کے ساتھ گونج میں نہیں ہے کیونکہ اس کے فریم میں، لیزر کی تعدد منتقل ہو گئی ہے۔ زیمان سست اس حقیقت کا استعمال کرتا ہے کہ مقناطیسی میدان اس مسئلے سے نمٹنے کے لیے زیمان اثر کا استعمال کرتے ہوئے ایٹم کی گونج تعدد کو تبدیل کر سکتا ہے۔ کسی ایٹم کی اوسط ایکسلریشن (وقت کے ساتھ بہت سے فوٹون جذب ہونے والے واقعات کی وجہ سے) جس میں کمیت، فریکوئنسی کے ساتھ سائیکلنگ ٹرانزیشن، اور لائن وڈتھ، یعنی لیزر بیم کی موجودگی میں جس میں ویوین نمبر، اور شدت (جہاں لیزر کی سنترپتی کی شدت ہے) ہوتی ہے۔ رفتار والے ایٹموں کے بقیہ فریم میں، ایٹم بیم میں، لیزر بیم کی فریکوئنسی کو منتقل کیا جاتا ہے۔ مقناطیسی میدان کی موجودگی میں، جوہری منتقلی زیمان کو ایک مقدار سے منتقل کیا جاتا ہے (جہاں منتقلی کا مقناطیسی لمحہ ہوتا ہے)۔ اس طرح، ایٹموں کی صفر فیلڈ گونج تعدد سے لیزر کی موثر علیحدگی وہ ایٹم ہے جس کے لیے سب سے زیادہ ایکسلریشن کا تجربہ ہوگا، یعنی کہاں اور کہاں۔ سب سے عام نقطہ نظر یہ ہے کہ ہمارے پاس مقناطیسی میدان کا خاکہ ہو جو اس سمت میں مختلف ہو کہ ایٹم سست محور کے ساتھ اڑتے ہوئے مستقل ایکسلریشن کا تجربہ کریں۔ تاہم حال ہی میں یہ دکھایا گیا ہے کہ ایک مختلف نقطہ نظر سے بہتر نتائج برآمد ہوتے ہیں۔ مستقل تخفیف کے نقطہ نظر میں ہمیں ملتا ہے: زیادہ سے زیادہ رفتار کی کلاس کہاں ہے جو سست ہو جائے گی ؛ رفتار کی تقسیم میں موجود تمام ایٹم جن کی رفتار سست ہو جائے گی، اور رفتار والے ایٹم بالکل سست نہیں ہوں گے۔ پیرامیٹر (جو مطلوبہ لیزر کی شدت کا تعین کرتا ہے) عام طور پر. 5 کے آس پاس ہونے کے لیے منتخب کیا جاتا ہے۔ اگر زیمان کو آہستہ چلانا تھا، تو فوٹون کو جذب کرنے اور پرجوش حالت کی طرف بڑھنے کے بعد، ایٹم پھر ترجیحی طور پر لیزر بیم کی سمت میں ایک فوٹون کو دوبارہ خارج کرے گا (محرک اخراج کی وجہ سے) جو سست ہونے والے عمل کا مقابلہ کرے گا۔ ادراک مقامی طور پر غیر یکساں مقناطیسی میدان کی مطلوبہ شکل جیسا کہ ہم نے اوپر دکھایا ہے اس کی شکل ہے اس میدان کو چند مختلف طریقوں سے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ سب سے زیادہ مقبول ڈیزائن کے لیے کرنٹ لے جانے والے تار کو بہت سی پرتوں والی گھومنے والی جگہوں کے ساتھ لپیٹنے کی ضرورت ہوتی ہے جہاں فیلڈ سب سے مضبوط ہو (20-50 گھومنے والی جگہوں کے ارد گرد) اور چند گھومنے والی جگہیں جہاں فیلڈ کمزور ہو۔ متبادل ڈیزائنوں میں شامل ہیں: ایک واحد پرت کنڈلی جو گھومنے کی پچ میں مختلف ہوتی ہے، مختلف ترتیبات میں مستقل مقناطیس کی ایک صف۔ باہر جانے والے ایٹم زیمن سلور کو عام طور پر ایٹموں کو ٹھنڈا کرنے کے لیے ابتدائی قدم کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ انہیں مقناطیسی نظری جال میں پھنسایا جا سکے۔ اس طرح اس کا مقصد تقریبا 10 میٹر/سیکنڈ (استعمال شدہ ایٹم پر منحصر ہے) کی حتمی رفتار ہے، جو چند سو میٹر فی سیکنڈ کی رفتار کے ساتھ ایٹموں کی بیم سے شروع ہوتی ہے۔ حتمی رفتار تک پہنچنا زیمان کے لمبے سست ہونے کی تکنیکی دشواری اور ٹریپ میں موثر لوڈنگ کے لیے زیادہ سے زیادہ رفتار کے درمیان ایک سمجھوتہ ہے۔ سیٹ اپ کی ایک حد بیم کی ٹرانسورس ہیٹنگ ہو سکتی ہے۔ یہ اپنی اوسط اقدار کے ارد گرد تین محوروں کے ساتھ رفتار کے اتار چڑھاؤ سے منسلک ہے، کیونکہ حتمی رفتار کو بڑی تعداد میں عمل پر اوسط کہا جاتا تھا۔ یہ اتار چڑھاؤ جذب شدہ فوٹون کے بے ترتیب اخراج کی وجہ سے براؤنین حرکت والے ایٹم سے منسلک ہیں۔ اگلے جال میں ایٹموں کو لوڈ کرتے وقت وہ مشکلات کا باعث بن سکتے ہیں۔ حوالہ جات جوہری طبیعیات کولنگ ٹیکنالوجی سائنسی آلات