A tudósok lézereket használnak atomok extrém-alacsony hőmérsékletre, esetenként abszolút nulla fokra történő lehűtésére. Egy atom akár valamennyi energiájától megfosztható ily módon. Az eljárás első ránézésre igencsak valószínűtlen, ugyanis mindezt úgy érik el, hogy energiát kényszerítenek az atomokba.

A lézereket általában különböző dolgok megpörkölésére használjuk. Na jó, ez nem igaz: legtöbbször ostoba háziállatokat kényszerítünk fel-alá rohangálásra a lakásban, s csak azután gyújtogatunk. Szaruhártyát, fémlemezeket, James Bondot (kezdve az ágyékával). A lézerfetisiszta mindenkori álma egy működő fénykard lenne, de már egy mezei lézerpisztollyal is beérné. Egy szó mint száz, nem a hűtésre asszociálunk a lézer szó hallatán.

De pontosan mit is jelent egy atomot „lehűteni”? Az atomok folyamatos mozgásban vannak, s egy atom hőmérsékletének csökkentésével annak mozgása is mérsékelhető. A dolog alapelve a következő: az energia (E) mellett a fénynek teljesítménye (p) is van. Ez a teljesítmény erő (F) előidézése céljából átvezethető különböző tárgyakra. Az atomok esetében a lézerfényt érdemes fotonok összességeként elképzelnünk. Ha egy adott irányba mozgó atom elnyel egy pontosan ellenkező irányból érkező fotont, akkor az atom sebessége csökkenni fog.

Az ily módon gerjesztett állapotba kerülő atom természetesen spontán emisszió során később kibocsátja magából a fotonokat, ám az emisszió alatt végbemenő sebességváltozás elhanyagolható, mivel a kibocsátott foton haladási iránya véletlenszerű. A gerjesztési eljárás, s az eztán bekövetkező emissziós folyamat ismétlésével jelentősen csökkenthető egy atom sebessége, s így a mozgási energiája is, magyarán az atom  idővel „lehűl”.

A lézeres hűtés egyik fontos követelménye, hogy a fotonok abszorpciója a lehető legkedvezőbb körülmények között menjen végbe, vagyis hogy az atomok a lézersugárral érkező fotonok áramával szemben mozogjanak. Ennek biztosítása érdekében a tudósok a jó öreg Doppler-effektust használják fel. Ahogyan egy vonatkürt hangmagassága is változik, miközben közeledik, majd távolodik tőlünk, úgy az atomra is különböző frekvencia-magasságokban hat a lézerfény miközben az atom és a fényforrás egymáshoz viszonyított helyzete változik. A lézerhez közelítő atom számára magasabb a lézerfény frekvenciája, mintha távolodna tőle.  Ebből következik, hogy ha a lézert egy nyugalomban lévő atom foton-abszorpciójához szükséges frekvenciánál alacsonyabb fokozatra állítanak, akkor sokkal valószínűbb, hogy a lézer felé mozgó atomok kerülnek gerjesztett állapotba a lézertől távolodók helyett, ugyanis sokkal nagyobb eséllyel találkozhatnak az abszorpció szempontjából ideális hullámhosszú fénysugarakkal.

Ezt a fajta lézeres hűtést éppen ezért nevezzük Doppler-hűtésnek, aminek a pontos menetét elsőként Steven Chu, s kollégái dolgozták ki a Bell Labs intézetben, 1985-ben. Chu-ék 6 lézer segítségével hűtöttek le vákuumban tartott nátrium atomokat. Az atomok ebben az elrendezésben elképesztő erőnek voltak kitéve, ami által szinte tökéletesen elfojtották a mozgásukat, Chu és kollégái nem véletlenül nevezték a kísérletet „optikai melasznak”. A kísérletek eredményeképpen létrejövő hőmérsékletek csupán milliKelvin-tartományban voltak mérhetőek.

William D. Phillips (NIST) 1988-ban már mikro-Kelvin tartományba jutott a saját kísérleteivel. Claude Cohen-Tannoudji (Evole Normale Superierre) későbbi vizsgálataival igazolta Einstein 1917-es feltevését, miszerint az emisszió nem csak spontán, de indukált módon is létrejöhet. A lézeres hűtést ma már olyan területeken alkalmazzák, mint a Bose-Einstein kondenzáció, illetve a rendkívül pontosságukról híres atomórák gyártása. A fizika területén elért eredményeikért Chu-t, Cohen-Tannoudjit és Philipset is Nobel-díjjal jutalmazták 1997-ben.

io9