빛이 운동을 바꾸는 이유
광자는 에너지뿐 아니라 운동량도 운반한다. 입자가 광자를 흡수하면 그 빛의 진행 방향으로 운동량을 받는다. 따라서 입자가 움직이는 반대쪽에서 오는 빛을 적절히 흡수하도록 만들면 속도를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
도플러 효과의 활용
움직이는 원자의 입장에서는 레이저의 주파수가 실험실에서 지정한 값과 다르게 보인다. 레이저를 원자의 흡수 주파수보다 조금 낮게 맞추면 빛을 향해 움직이는 원자에서 흡수가 더 잘 일어나게 할 수 있다. 이 선택성이 단순히 빛을 비추는 것과 다른 점이다.
흡수와 방출을 반복하기
들뜬 원자는 다시 광자를 방출하며 반동을 받는다. 방출 방향은 여러 방향으로 분산되지만 흡수는 레이저의 방향에 연결된다. 많은 사건이 반복되는 동안 방향을 선택한 운동량 전달을 이용해 입자 집단의 운동을 줄인다. 모든 입자가 한 번의 흡수만으로 정지하는 것은 아니다.
온도라는 표현의 의미
기체 집단의 온도는 입자들의 무질서한 운동과 관련된다. 레이저 냉각에서 말하는 냉각은 이러한 운동을 줄이는 것을 뜻한다. 빛은 언제나 물체를 뜨겁게만 만든다는 직관이 그대로 적용되지 않으며, 원자 구조와 주파수 조절에 맞는 조건이 필요하다.