Temperatura de retroceso

En física de la materia condensada y física atómica , la temperatura de retroceso es un límite inferior fundamental de la temperatura alcanzable mediante algunos esquemas de enfriamiento láser . Cuando un átomo decae de un estado electrónico excitado en reposo a un estado electrónico de menor energía por la emisión espontánea de un fotón , debido a la conservación del momento , el átomo gana un momento equivalente al momento del fotón. Esta ganancia de energía cinética corresponde a la temperatura de retroceso del átomo. ^{[ 1 ]} La temperatura de retroceso es

${\displaystyle T_{\text{retroceso}}={\frac {\hbar ^{2}k^{2}}{mk_{\text{B}}}}={\frac {p^{2}}{mk_{\text{B}}}},}$

dónde

• k es la magnitud del vector de onda del fotón,
• m es la masa del átomo,
• k _B es la constante de Boltzmann ,
• ${\displaystyle \hbar }$es la constante de Planck ,
• ${\displaystyle p=\hbar k}$es el momento del fotón .

En general, la temperatura de retroceso está por debajo del límite de enfriamiento Doppler para átomos y moléculas, por lo que se requieren técnicas de enfriamiento sub-Doppler, como el enfriamiento de Sísifo ^{[ 2 ]} _, para alcanzarla. Por ejemplo, la temperatura de retroceso para las líneas D2 de los átomos alcalinos suele ser del orden de 1  μK, en contraste con un límite de enfriamiento Doppler del orden de 100 μK ^{[ 3 ]}  . Sin embargo, las transiciones de intercombinación de ancho de línea estrecho de los átomos alcalinotérreos , como el estroncio, pueden tener límites Doppler inferiores a sus límites de retroceso, lo que permite el enfriamiento láser en trampas magnetoópticas de línea estrecha hasta el límite de retroceso sin enfriamiento sub-Doppler ^{[ 4 ] .}

Es posible enfriar más allá del límite de retroceso utilizando esquemas específicos como el enfriamiento Raman . ^{[ 5 ]} También pueden darse temperaturas subretroceso en el régimen de Lamb Dicke , donde la energía de retroceso de un fotón es menor que un cuanto de energía de movimiento; por lo tanto, el estado del átomo no se ve afectado por los fotones de retroceso. ^{[ 6 ]}