磁光陷阱

磁光陷阱的實驗架設

在原子、分子和光學物理學中，磁光陷阱（ MOT ）利用雷射冷卻和空間變化磁場來創建陷阱，用以製備低溫中性原子樣本。 磁光陷阱能達到的的溫度取決於原子種類，通常可以低至幾微克爾文，大約比光子反衝極限低兩到三倍。然而，某些原子（例如鋰-7）的超精細結構能階無法被解析，所以磁光陷阱無法將其溫度降低至都卜勒冷卻極限。

磁光陷阱由四極子式分佈的弱磁場，以及六束圓偏振、紅失諧、且相互交叉的光學糖蜜光束所構成。當原子遠離陷阱中心的磁場零點（兩線圈之間）時，其能階之間的躍遷頻率會因塞曼位移隨空間的改變，從而逐漸與六道光束的頻率達到共振，並產生散射力，將原子推回到陷阱的中心。這就是磁光陷阱捕獲原子的原理。另外，此一散射力來自於原子移動時，接收了迎面而來的光子所攜帶的反向動量。因此在經過吸收光子、再藉自發輻射釋放出光子的多次循環後，平均而言，原子會逐漸被減速(或者說被「冷卻」)。如此一來，磁光陷阱就能將秒速數百公尺的原子，冷卻至僅剩秒速數十公分 (同樣地，實際速度取決於原子種類)。

順帶一提，儘管彭寧離子阱或保羅離子阱可以藉由電場和磁場來捕獲帶電粒子，但這些陷阱對中性原子無效。

參見

• 偶极子陷阱
• 塞曼減速器

參考資料

• The Nobel prize in physics 1997. Nobelprize.org. October 15, 1997 [December 11, 2011]. 
• Raab E. L.; Prentiss M.; Cable A.; Chu S.; Pritchard D.E. Trapping of neutral sodium atoms with radiation pressure. Physical Review Letters. 1987, 59 (23): 2631–2634. Bibcode:1987PhRvL..59.2631R. PMID 10035608. doi:10.1103/PhysRevLett.59.2631. 
• Metcalf, Harold J. & Straten, Peter van der. Laser Cooling and Trapping. Springer-Verlag New York, Inc. 1999. ISBN 978-0-387-98728-6. 
• Foot, C.J. Atomic Physics. Oxford University Press. 2005. ISBN 978-0-19-850696-6. 
• Monroe C, Swann W, Robinson H, Wieman C. Very cold trapped atoms in a vapor cell. Physical Review Letters. 1990-09-24, 65 (13): 1571–1574. Bibcode:1990PhRvL..65.1571M. PMID 10042304. doi:10.1103/PhysRevLett.65.1571. 
• Liwag, John Waruel F. Cooling and trapping of 87Rb atoms in a magneto-optical trap using low-power diode lasers, Thesis 621.39767 L767c (1999)
• K B Davis; M O Mewes; M R Andrews; N J van Druten; D S Durfee; D M Kurn & W Ketterle. Bose-Einstein Condensation in a Gas of Sodium Atoms. Physical Review Letters. 1997-11-27, 75 (22): 3969–3973 [2019-06-27]. Bibcode:1995PhRvL..75.3969D. PMID 10059782. S2CID 975895. doi:10.1103/PhysRevLett.75.3969. （原始内容存档于2019-04-01）. 
• C. C. Nshii; M. Vangeleyn; J. P. Cotter; P. F. Griffin; E. A. Hinds; C. N. Ironside; P. See; A. G. Sinclair; E. Riis & A. S. Arnold. A surface-patterned chip as a strong source of ultra-cold atoms for quantum technologies. Nature Nanotechnology. May 2013, 8 (5): 321–324. Bibcode:2013NatNa...8..321N. PMID 23563845. S2CID 205450448. arXiv:1311.1011 . doi:10.1038/nnano.2013.47. 
• G. Puentes. Design and Construction of Magnetic Coils for Quantum Magnetism Experiments. Quantum Reports. July 2020, 2 (3): 378–387. doi:10.3390/quantum2030026 . hdl:11336/146025 .