Kvanttijäähtymisellä

Kvanttijäähtyminen on termi, jota käytetään kuvaamaan ilmiötä kvanttimekaniikassa, jossa systeemi saavuttaa alimman energiatilansa tai lähelle sitä. Se eroaa klassisesta termisestä jäähtymisestä siten, että kvanttijäähtyminen ei perustu lämmön siirtymiseen vaan kvanttimekaanisten prosessien hyödyntämiseen. Yleisin tapa saavuttaa kvanttijäähtyminen on käyttämällä laserjäähdytystä. Tässä prosessissa atomit tai molekyylit absorboivat ja emittoivat fotoneja tietyllä taajuudella, mikä vähentää niiden liike-energiaa.

Kvanttijäähtymisen avulla on mahdollista jäähdyttää aine äärimmäisen alhaisiin lämpötiloihin, lähelle absoluuttista nollapistettä. Tämä mahdollistaa erilaisten kvantti-ilmiöiden, kuten Bose-Einstein-kondensaattien ja Fermi-kondensaattien, tutkimisen. Näitä tiloja ei voida saavuttaa klassisilla menetelmillä. Kvanttijäähtymisen sovelluksia tutkitaan muun muassa kvanttitietokoneiden rakentamisessa ja tarkkuusmittauksissa, kuten atomikelloissa.

Ilmiö perustuu kvanttimekaaniseen periaatteeseen, että systeemin energia voi muuttua vain diskreetteinä kvantteina. Laserjäähdytyksessä hyödynnetään Dopplerin siirtymää. Kun atomi liikkuu kohti laseria, se näkee laserin valon hieman korkeammalla taajuudella. Kun atomi liikkuu poispäin laserista, se näkee valon hieman matalammalla taajuudella. Valitsemalla laserin taajuus sopivasti voidaan saada atomit absorboimaan fotoneja, jotka hidastavat niiden liikettä, tehokkaammin kuin ne absorboisivat fotoneja, jotka kiihdyttäisivät niitä. Tämä netto hidastuminen johtaa atomien jäähtymiseen.