CAPÍTULO 9: APLICACIONES CIENTÍFICAS DEL LÁSER
de un gas, es mucho más difícil. Esto es justamente lo que ha conseguido la
tecnología láser: frenando y atrapando los átomos de un gas, los láseres han
permitido romper todos los récords de baja temperatura produciendo descubrimientos espectaculares.
La revolución del enfriamiento láser se produjo a través de una idea que
propusieron Arthur L. Schawlow y Theodor W. Hänsch en 1975. Como ya hemos
visto, los fotones además de energía poseen un momento capaz de ejercer un
impulso sobre las partículas contra las que chocan y, gracias a la monocromaticidad del láser, el momento de sus fotones tiene un valor bien definido a través
de la relación de de Broglie (p = h/ ). Un átomo puede absorber y emitir fotones
del láser, de manera que por cada fotón que el átomo absorbe debe emitir
uno. Los fotones absorbidos empujan al átomo siempre en la dirección de propagación del láser, sin embargo los fotones emitidos no tienen direcciones preferentes por lo que en promedio no ejercen una fuerza sobre el átomo. El efecto
neto es que el átomo siente una fuerza en la dirección en la que se propaga el
láser pero, ¿cómo podemos lograr que el átomo se pare?
La solución se basa en el efecto Doppler, utilizando dos láseres contrapropagantes —se propagan en sentidos opuestos— con una frecuencia un poco
por debajo de la de absorción (ver la Fig. 9.6). Si el átomo se mueve en dirección
contraria al haz láser, debido al efecto Doppler, éste verá la luz con una frecuencia más alta, absorberá eficientemente el fotón y se detendrá. Si el átomo está
en reposo o viaja en dirección contraria al haz verá una frecuencia insuficiente
para la transición electrónica y no habrá absorción. El efecto combinado de
los dos haces es una fuerza que se opone al movimiento del átomo. Al usar láseres contrapropagantes en los tres ejes, es posible frenar los átomos en el espacio hasta prácticamente pararlos. Esta fuerza es parecida a la viscosidad ya
que depende de la velocidad de los átomos. Así, los átomos quedan atrapados
en el punto de intersección de los haces láser como si fueran una mosca en un
tarro de miel. Por este motivo a esta técnica se le llama melaza óptica.
L
A
S
O
C A
N
A
M
L A
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S
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S
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C A
N
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Figura 9.6. Enfriamiento láser por efecto Doppler y melaza óptica. Los láseres dejan un pequeño
grupo de átomos atrapados como una mosca en un tarro de miel.
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