微波减速极性分子的理论研究

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在过去二十年,冷原子的研究带来了原子物理和量子光学领域的革命性变化,现在中性分子的冷却研究也变得越来越热门起来。分子由于具有不同于原子的微观自由度,由此带来的鲜明特点为我们提供了探索新的物理和化学现象的机会。但是所用这些应用都需要制备处于电子及振动基态的超冷极性分子样品。  由于分子内部能级没有像原子那样能构成封闭跃迁的三能级系统,所以很难将激光冷却的方法移植到分子上。但是近几年人们通过其他途径探索冷却分子的方法,获得了一定成功。本文首先对中性分子冷却的基本原理和实验方案及相关的进展做综述性介绍。然后对微波操控分子的思想及其相关的理论和实验进展做了详细的调研。  最后基于微波操控极性分子的想法,即利用微波与分子转动态之间的一阶AC-Stark相互作用,我们提出了一种在波导管中利用移动的微波驻波减速极性分子束的方案。两种有一定频差的微波(频率调制)叠加成移动的微波晶格。采用红失谐的微波场与分子基态的纯转动态能级相互作用,分子囚禁在微波晶格的波腹处。调节调制频率,使得驻波移动速度减慢,囚禁在波腹势阱的分子随势阱移动速度降低而达到减速的目的。  我们选择合适的MgO分子,进行了微波减速的三维轨道模拟数值实验。模拟结果表明此种方案可以实现由120m/s-0m/s的减速,减速长度Lc=0.5m,对应加速度a=1.44×10<4>m/s2。可接受的稳定相空间体积为[4mm×8m/s]×[3mm×6m/s]2,减速可得到温度约为60mK的冷分子样品。
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