Lasersko hlajenje je metoda upočasnitve atomov in s tem hlajenja z uporabo laserjev. Običajno na laserje gledamo kot na segrevanje stvari, in to zagotovo počnejo v makroskopskih merilih, toda za posamezne atome ali majhne skupine atomov jih je mogoče uporabiti za hlajenje. Najnižje temperature doslej, manj kot pol milijarde Kelvina (0.5 nanoKelvina), so bile dosežene s kombinacijo laserskega hlajenja in hlajenja izhlapevanja. Te temperature se dosežejo z majhnimi količinami razpršenih plinov.
Primarni mehanizem, s katerim lasersko hlajenje upočasni atome, je tako, da povzroči, da absorbirajo in oddajajo fotone v naključnih smereh. Dokler je hitrost atoma večja od hitrosti odboja emisije fotonov, se skupna hitrost zmanjša. Če bi lebdeli na zračnem plovilu, premikali znatno hitrost v eno smer in naključno metali kovinske kroglice s zračnega plovila, bi se vaša hitrost sčasoma upočasnila in vaše gibanje bi v celoti narekoval učinek povratnega udarca pri metanju žog. Tako deluje lasersko hlajenje.
Lasersko hlajenje selektivno cilja na atome, ki se premikajo v določenih smereh in pri določenih hitrostih znotraj plina. Z nastavitvijo svetlobe na določeno frekvenco, tik pod resonančno frekvenco za snov, laserska past cilja le na tiste atome, ki se gibljejo proti njej. To je posledica Dopplerjevega učinka – ko se atom premika proti izvornemu laserju, se frekvenca svetlobe poveča z vidika tega atoma. To je isti razlog, da se zvočna frekvenca spreminja, ko vlak pelje mimo mirujočega opazovalca – relativna hitrost med virom in objektom manipulira z navidezno frekvenco. Za atome, ki se ne premikajo s to mejno hitrostjo, so prozorni za laser in zato nanje ne vplivajo.
Ko je navidezna frekvenca svetlobe glede na določene atome v pasti laserskega hlajenja ravno prava, atom absorbira dohodne fotone, začasno postane bolj energičen, nato pa odda foton. Tako laserska hladilna naprava selektivno upočasni atome, ki se premikajo v določeni smeri nad mejno hitrostjo. Z razporeditvijo laserjev v 3-dimenzionalno matriko, ki obdaja razpršeni plin, se lahko atomska hitrost na vseh treh stopnjah svobode duši, kar vodi do manjšega atomskega gibanja in s tem nižje temperature. Plin mora biti razpršen, da zagotovimo, da sosednji atomi ne absorbirajo fotonov. Počasna manipulacija frekvence laserja je lahko tudi koristna, saj bo morda potrebno več stopenj hlajenja, da se plin zniža na želeno temperaturo. Naredite to previdno in morda boste dobili tisto raziskovalno štipendijo, ki ste si jo vedno želeli.