Lasersko hlađenje je metoda usporavanja atoma, a time i njihovog hlađenja pomoću lasera. Obično na lasere gledamo kao na zagrijavanje stvari, i to svakako čine na makroskopskim skalama, ali za pojedinačne atome ili male skupine atoma, mogu se koristiti za hlađenje. Najniže temperature ikad stvorene, manje od pola milijarde Kelvina (0.5 nanoKelvina) postignute su kombinacijom laserskog hlađenja i hlađenja isparavanjem. Te se temperature postižu malim količinama difuznih plinova.
Primarni mehanizam pomoću kojeg lasersko hlađenje usporava atome je njihovo navođenje da apsorbiraju i emitiraju fotone u nasumičnim smjerovima. Sve dok je brzina atoma veća od brzine povrata emisije fotona, ukupna brzina se smanjuje. Ako ste lebdjeli na lebdjelici, kretali se značajnom brzinom u jednom smjeru i nasumično bacali metalne kuglice s lebdjelice, na kraju bi se vaša brzina usporila, a vaše bi kretnje u potpunosti ovisilo o efektu trzanja pri bacanju loptica. Tako funkcionira lasersko hlađenje.
Lasersko hlađenje selektivno cilja na atome koji se kreću u određenim smjerovima i određenim brzinama unutar plina. Podešavanjem svjetlosti na određenu frekvenciju, neposredno ispod rezonantne frekvencije za tvar, laserska zamka cilja samo one atome koji se kreću prema njoj. To je zbog Dopplerovog efekta – kada se atom kreće prema izvornom laseru, frekvencija svjetlosti se povećava s gledišta tog atoma. To je isti razlog zbog kojeg frekvencija zvuka varira kako vlak prolazi kroz stacionarnog promatrača – relativna brzina između izvora i objekta manipulira prividnom frekvencijom. Za atome koji se ne kreću tom graničnom brzinom, oni su transparentni za laser i stoga na njih ne utječe.
Kada je prividna frekvencija svjetlosti u odnosu na određene atome u zamci laserskog hlađenja tačna, atom apsorbira dolazne fotone, privremeno postaje energičniji, a zatim emitira foton. Dakle, laserski rashladni uređaj selektivno usporava atome koji se kreću u određenom smjeru iznad granične brzine. Postavljanjem lasera u 3-dimenzionalnu matricu, koja okružuje difuzni plin, atomska brzina u sva tri stupnja slobode može se prigušiti, što dovodi do manjeg atomskog gibanja i stoga niže temperature. Plin mora biti difuzan kako bi se osiguralo da fotoni ne budu ponovno apsorbirani od strane susjednih atoma. Polagano manipuliranje frekvencijom lasera također može biti od pomoći, jer može zahtijevati nekoliko faza hlađenja kako bi se plin spustio na željenu temperaturu. Učinite to pažljivo i možda ćete dobiti onu stipendiju za istraživanje kakvu ste oduvijek željeli.