Laserjäähdytys on menetelmä hidastaa atomeja ja siten jäähdyttää niitä laserilla. Yleensä katsomme laserit lämmittävän asioita, ja ne varmasti tekevät sen makroskooppisissa mittakaavoissa, mutta yksittäisille atomille tai pienille atomiryhmille niitä voidaan käyttää jäähdytykseen. Kaikkien aikojen kylmimmät lämpötilat, alle puolet miljardista Kelvinistä (0.5 nanoKelvins), on saavutettu käyttämällä laserjäähdytyksen ja haihdutusjäähdytyksen yhdistelmää. Nämä lämpötilat saavutetaan pienillä hajakaasumäärillä.
Ensisijainen mekanismi, jolla laserjäähdytys hidastaa atomeja, on saada ne absorboimaan ja emittoimaan fotoneja satunnaisiin suuntiin. Niin kauan kuin atomin nopeus on suurempi kuin fotonin emissiotapahtuman nopeus, kokonaisnopeus pienenee. Jos kellutit ilmatyynyaluksella, liikutit merkittävää nopeutta yhteen suuntaan ja heitit satunnaisesti metallipalloja ilmatyynyalusesta, nopeutesi hidastui ja liikkeet määräytyivät kokonaan pallojen heittämisen vaikutuksesta. Näin laserjäähdytys toimii.
Laserjäähdytys kohdistaa valikoivasti tiettyihin suuntiin ja tietyillä nopeuksilla liikkuvat atomit kaasun sisällä. Virittämällä valon tietylle taajuudelle, joka on juuri aineen resonanssitaajuuden alapuolella, laserloukku kohdistaa vain niitä kohti liikkuvia atomeja. Tämä johtuu Doppler -efektistä – kun atomi liikkuu lähdelaseria kohti, valon taajuus kasvaa kyseisen atomin näkökulmasta. Tämä on sama syy siihen, että äänitaajuus vaihtelee junan kulkiessa paikallaan olevan tarkkailijan ohi – lähteen ja kohteen välinen suhteellinen nopeus manipuloi näennäistä taajuutta. Atomit, jotka eivät liiku tällä kynnysnopeudella, ovat läpinäkyviä laserille eivätkä siksi vaikuta niihin.
Kun valon näennäinen taajuus laserjäähdytysloukun tiettyjen atomien suhteen on juuri oikea, atomi absorboi saapuvat fotonit, muuttuu väliaikaisesti energisemmäksi ja lähettää sitten fotonin. Joten laserjäähdytyslaite hidastaa valikoivasti tiettyyn suuntaan kynnysnopeuden yli liikkuvia atomeja. Järjestämällä laserit hajakaasua ympäröivään kolmiulotteiseen matriisiin, atomin nopeus kaikissa kolmessa vapausasteessa voidaan vaimentaa, mikä johtaa vähemmän atomiliikkeeseen ja siten alhaisempaan lämpötilaan. Kaasun on oltava hajanaista, jotta viereiset atomit eivät ime fotoneja uudelleen. Laserin taajuuden hitaasta manipuloinnista voi myös olla apua, koska kaasun laskeminen haluttuun lämpötilaan saattaa vaatia useita jäähdytysvaiheita. Tee se huolellisesti, ja ehkä saat sen tutkimusavustuksen, jota olet aina halunnut.