Pendinginan laser adalah metode memperlambat atom, dan dengan demikian mendinginkannya, menggunakan laser. Biasanya kita melihat laser sebagai pemanasan, dan tentu saja mereka lakukan pada skala makroskopik, tetapi untuk atom individu atau kelompok kecil atom, mereka dapat digunakan untuk pendinginan. Suhu terdingin yang pernah dihasilkan, kurang dari setengah miliar Kelvin (0.5 nanoKelvins) telah dicapai dengan menggunakan kombinasi pendinginan laser dan pendinginan evaporatif. Suhu ini dicapai dengan sejumlah kecil gas difus.
Mekanisme utama pendinginan laser memperlambat atom adalah dengan menyebabkan atom menyerap dan memancarkan foton dalam arah acak. Selama kecepatan atom lebih besar dari kecepatan mundur emisi foton, kecepatan keseluruhan berkurang. Jika Anda mengambang di atas hovercraft, bergerak dengan kecepatan yang signifikan dalam satu arah, dan secara acak melemparkan bola logam dari hovercraft, pada akhirnya kecepatan Anda akan melambat dan gerakan Anda sepenuhnya ditentukan oleh efek recoil dari lemparan bola. Begitulah cara kerja pendinginan laser.
Pendinginan laser secara selektif menargetkan atom yang bergerak ke arah tertentu dan pada kecepatan tertentu di dalam gas. Dengan menyetel cahaya ke frekuensi tertentu, tepat di bawah frekuensi resonansi zat, perangkap laser hanya menargetkan atom-atom yang bergerak ke arah itu. Ini karena efek Doppler – ketika atom bergerak menuju laser sumber, frekuensi cahaya meningkat dari sudut pandang atom itu. Ini adalah alasan yang sama bahwa frekuensi suara bervariasi saat kereta melaju melewati pengamat yang diam – kecepatan relatif antara sumber dan objek memanipulasi frekuensi yang tampak. Untuk atom yang tidak bergerak pada kecepatan ambang itu, mereka transparan terhadap laser dan karenanya tidak terpengaruh olehnya.
Ketika frekuensi cahaya yang tampak sehubungan dengan atom-atom tertentu dalam perangkap pendingin laser tepat, atom menyerap foton yang masuk, menjadi lebih energik sementara, kemudian memancarkan foton. Jadi atom yang bergerak ke arah tertentu di atas kecepatan ambang secara selektif diperlambat oleh perangkat pendingin laser. Dengan mengatur laser dalam matriks 3 dimensi, mengelilingi gas difus, kecepatan atom di ketiga derajat kebebasan dapat diredam, yang mengarah ke gerakan atom yang lebih sedikit dan oleh karena itu suhu yang lebih rendah. Gas harus berdifusi untuk memastikan bahwa foton tidak diserap kembali oleh atom yang berdekatan. Memanipulasi frekuensi laser secara perlahan juga dapat membantu, karena mungkin memerlukan beberapa tahap pendinginan untuk menurunkan gas ke suhu yang diinginkan. Lakukan dengan hati-hati, dan mungkin Anda akan mendapatkan hibah penelitian yang selalu Anda inginkan.