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Revista Brasileira de Ensino de Física

Evaporação em armadilhas atômicas e as temperaturas mais baixas do Universo

A. H. Iavaronni, E. A. L. Henn, E. R. F. Ramos, Jorge Amin Seman, Thomas Amthor, Vanderlei Salvador Bagnato

Published Jan 1, 2007• 0 citations
Publisher

Abstract

Neste trabalho apresentamos um modelo simples de resfriamento evaporativo para átomos ultrafrios aprisionados. Este processo objetiva a diminuição da temperatura da amostra gasosa a partir da retirada dos átomos mais quentes desta e conseqüente retermalização dos remanescentes em uma temperatura mais baixa. O modelo parte da distribuição de Maxwell-Boltzmann de velocidades para a amostra atômica e permite o cálculo da temperatura e número de átomos remanescentes nesta após a retirada dos átomos mais quentes e retermalização. A partir dessas expressões simulamos o processo de resfriamento evaporativo realizado usualmente em experimentos, onde são retirados átomos cada vez mais frios após cada retermalização.

DOI
10.1590/s1806-11172007000200005

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Revista de ensino de física•Jan 1, 2007•0 citations

Evapora»c~ao em armadilhas at^omicas e as temperaturas mais baixas do Universo (Evaporation on atom traps and the lowest temperatures of the Universe)

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Recebido em 6/12/2006; Aceito em 28/2/2007Neste trabalho apresentamos um modelo simples de resfriamento evaporativo para ´atomos ultrafrios aprisio-nados. Este processo objetiva a diminui¸c˜ao da temperatura da amostra gasosa a partir da retirada dos ´atomosmais quentes desta e conseq¨uente retermaliza¸c˜ao dos remanescentes em uma temperatura mais baixa. O modeloparte da distribui¸c˜ao de Maxwell-Boltzmann de velocidades para a amostra atˆomica e permite o c´alculo da tem-peratura e n´umero de ´atomos remanescentes nesta ap´os a retirada dos ´atomos mais quentes e retermaliza¸c˜ao. Apartir dessas express˜oes simulamos o processo de resfriamento evaporativo realizado usualmente em experimen-tos, onde s˜ao retirados ´atomos cada vez mais frios ap´os cada retermaliza¸c˜ao.Palavras-chave: ´atomos frios, evapora¸ c˜ao, distribui¸c˜ao de Maxwell-Boltzmann.In this work we present a simple model to describe evaporative cooling for ultracold trapped atoms. Thisprocess is used to achieve low temperatures of the gaseous sample by removing the hottest atoms and subse-quently rethermalizing the remaining atoms at a lower temperature. The model assumes a Maxwell-Boltzmanndistribution of velocities in the atomic sample and allows the calculation of the temperature and the number ofremaining atoms after the hottest atoms have been removed and the rethermalization has taken place. Usingthese expressions we simulate the process of evaporative cooling as it is usually carried out in experiments, wherecolder atoms are removed after each successive rethermalization.Keywords: cold atoms, evaporation, Maxwell-Boltzmann distribution.

•Jan 1, 2007•0 citations

Plasma ultrafrio em armadilha atômica

Dulce Cristina Jacinto Rezende

Neste trabalho nós produzimos um plasma neutro ultrafrio de 85Rb através da fotoionização dos átomos aprisionados em uma armadilha magneto-óptica. Medimos o número de partículas que evaporam do plasma no momento de sua criação usando a técnica de tempo-de-vôo. A partir disto realizamos o estudo da taxa de evaporação com relação a energia cinética inicial do elétron fornecida ao sistema, onde para isto criamos o plasma com diferentes comprimentos de onda do laser de fotoinização. Nossos resultados indicam que conforme fornecemos mais energia ao sistema mais partículas evaporam e constatamos que está de acordo com a literatura. Interpretamos o resultado com um modelo analítico que considera a distribuição de energia de Maxwell-Boltzmann e encontramos a temperatura do plasma com relação a temperatura inicial dos elétrons

•Mar 23, 2005•0 citations

Variação da temperatura cinética em átomos aprisionados bombeados por campos externos

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Neste trabalho apresentamos o estudo da variação da temperatura cinética de átomos aprisionados magneticamente bombeados por campos eletromagnéticos externos. Aprisionamos átomos de Sódio em uma armadilha magnética de quadrupolo e submetemos esses átomos a um campo magnético externo oscilante. Medimos a temperatura e o número dos átomos remanescentes na armadilha a partir de imagens de tempo de vôo. O processo de medida consiste em desligar a armadilha, deixando a nuvem atômica expandir balisticamente e então fazer uma imagem da fluorescência desses átomos gerada por um pulso de luz próximo da ressonância atômica. Do tamanho da nuvem e do número de fótons capturados podemos obter a temperatura e o número de átomos da amostra. Observamos um significativo resfriamento para algumas freqüências de oscilação do campo externo e posterior aquecimento para freqüências um pouco maiores. Observamos ainda simultaneamente ao resfriamento uma grande perda de átomos da armadilha. Por fim, apresentamos algumas simulações numéricas que reproduzem o fenômeno observado, bem como um modelo que explica os experimentos baseado em excitação seletiva dos átomos confinados pelo campo magnético externo.

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Usando a técnica de resfriamento evaporativo para átomos comprimidos numa armadilha magnética tipo QUIC, implementamos experimentos para observar Condensação de Bose-Einstein de átomos de sódio. Nessa armadilha magnética temos átomos advindos de uma armadilha magneto-óptica, a qual é carregada por um feixe desacelerado como etapa de pré-resfriamento. Nossas medidas foram baseadas em imagens de absorção fora de ressonância de um feixe de prova pela amostra atômica. Essas imagens foram feitas in situ, ou seja, na presença do campo da armadilha magnética, pelo fato do número de átomos ser baixo e a técnica de tempo de vôo não ser adequada a essa situação. Baseado no perfil de densidade e na temperatura medidos, calculamos a densidade de pico no espaço de fase D, a qual é seguida nas várias etapas de evaporação. Nossos resultados mostram que para uma freqüência final de evaporação de 1,65 MHz nós superamos o valor esperado para D (2,612) alcançar o ponto crítico, no centro da amostra, para obter a condensação. Devido ao baixo número de átomos restantes no potencial, a interação não produz efeitos consideráveis e dessa forma um modelo de gás ideal permite justificar essa observação.

•Nov 12, 2004•0 citations
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Neste trabalho apresentamos um modelo simples de resfriamento evaporativo para átomos ultrafrios aprisionados. Este processo objetiva a diminuição da temperatura da amostra gasosa a partir da retirada dos átomos mais quentes desta e conseqüente retermalização dos remanescentes em uma temperatura mais baixa. O modelo parte da distribuição de Maxwell-Boltzmann de velocidades para a amostra atômica e permite o cálculo da temperatura e número de átomos remanescentes nesta após a retirada dos átomos mais quentes e retermalização. A partir dessas expressões simulamos o processo de resfriamento evaporativo realizado usualmente em experimentos, onde são retirados átomos cada vez mais frios após cada retermalização.
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Neste trabalho nós produzimos um plasma neutro ultrafrio de 85Rb através da fotoionização dos átomos aprisionados em uma armadilha magneto-óptica. Medimos o número de partículas que evaporam do plasma no momento de sua criação usando a técnica de tempo-de-vôo. A partir disto realizamos o estudo da taxa de evaporação com relação a energia cinética inicial do elétron fornecida ao sistema, onde para isto criamos o plasma com diferentes comprimentos de onda do laser de fotoinização. Nossos resultados indicam que conforme fornecemos mais energia ao sistema mais partículas evaporam e constatamos que está de acordo com a literatura. Interpretamos o resultado com um modelo analítico que considera a distribuição de energia de Maxwell-Boltzmann e encontramos a temperatura do plasma com relação a temperatura inicial dos elétrons
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Usando a técnica de resfriamento evaporativo para átomos comprimidos numa armadilha magnética tipo QUIC, implementamos experimentos para observar Condensação de Bose-Einstein de átomos de sódio. Nessa armadilha magnética temos átomos advindos de uma armadilha magneto-óptica, a qual é carregada por um feixe desacelerado como etapa de pré-resfriamento. Nossas medidas foram baseadas em imagens de absorção fora de ressonância de um feixe de prova pela amostra atômica. Essas imagens foram feitas in situ, ou seja, na presença do campo da armadilha magnética, pelo fato do número de átomos ser baixo e a técnica de tempo de vôo não ser adequada a essa situação. Baseado no perfil de densidade e na temperatura medidos, calculamos a densidade de pico no espaço de fase D, a qual é seguida nas várias etapas de evaporação. Nossos resultados mostram que para uma freqüência final de evaporação de 1,65 MHz nós superamos o valor esperado para D (2,612) alcançar o ponto crítico, no centro da amostra, para obter a condensação. Devido ao baixo número de átomos restantes no potencial, a interação não produz efeitos consideráveis e dessa forma um modelo de gás ideal permite justificar essa observação.