philcsy#42
Úgy hogy gerjesztve vannak a részecskék.
Termodinamikai egyensúlyban az állapotok betöltöttségére Maxwell–Boltzmann statisztikát használjuk. (Kivéve ha nem :) )
Ebből két nem degenerált állapotra:
Pi / Pj = exp(-Ei/(kT)) / exp(-Ej/(kT))
Pi i-edik állapot betöltöttsége, más néven populációja
Ei i-edik állapot energiája
Ebből az jön ki hogy ha összehasonlítjuk a különböző energiájú állapotok betöltöttségét a magasabb energiájúé mindig alacsonyabb lesz. Határértékként végtelen nagy hőmérsékletre lenne csak az összes állapot azonos mértékben betöltött. De ez csak egyensúlyi állapotra igaz. Ha a rendszer csak hűtöd akkor az mindvégig ebben az egyensúlyi állapotban marad.
Ha viszont gerjeszetjük a rendszert, pl egy másik lézerrel vagy villanófénnyel, akkor lehetségessé válik az hogy a magasabb energiájú állapotok betöltöttsége nagyobb legyen mint valamelyik alacsonyabb energiájú állapoté. Ezt nevezzük populációinverziónak, és ez kell ahhoz hogy a lézer működjön.
Így lehetséges az hogy egy "rendszer több magas energiaállapotú atomot tartalmaznak, mint ami a legmagasabb pozitív hőmérsékleten lehetséges".
A kulcs az hogy itt nincs egyensúlyban a rendszer. Ha várunk, nem is kell túl sokat, ez a rendszer közel egyensúlyivá válik, és onnantól kezdve igaz lesz rá a Maxwell–Boltzmann statisztika és már nem lesz "több magas energiaállapotú atomot tartalmaznak, mint ami a legmagasabb pozitív hőmérsékleten lehetséges".
Amit a cikkben írnak az egy olyan állapot ahol sokáig ilyen nem egyensúlyi állapotban tud maradni a rendszer. Szerintem.