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レーザー冷却作用は、適切なレーザー光を気体分子に衝突させることによって、電子を通常より高い[原子核から離れた]軌道へ励起させるものだ。

[気体における原子は互いに衝突を繰り返しており、気体の圧力が高いほど衝突は頻繁に起こるが、]「この過程で、電子の軌道は『曲がる』」と、ボン大学の物理学者、Martin Weitz氏は述べている。「従って、衝突の瞬間には、通常よりも少ないエネルギーで電子を高軌道に押しあげることができる」

衝突が終わると、軌道は通常の形に戻る。電子がそのまま高軌道にとどまるためには、失われたエネルギーを外から「借り」なければならない。[このため、原子の物理的なエネルギーを使うことになり、この過程において原子の動きが遅くなり、温度が下がる]