Đảo_ngược mật_độ Trong vật_lý đặc_biệt là trong cơ_học thống_kê đảo_ngược mật_độ xảy ra khi một hệ_thống chẳng_hạn như một nhóm nguyên_tử hoặc phân_tử tồn_tại ở một trạng_thái mà số hạt nguyên_tử hoặc phân_tử ở trạng_thái năng_lượng kích_thích nhiều hơn số hạt ở trạng_thái năng_lượng cơ_bản Khái_niệm này đóng một vai_trò quan_trọng trong khoa_học laser bởi_vì đảo_ngược mật_độ là một bước cơ_bản của một máy phát laser tiêu_chuẩn Phân_bố Boltzmann và cân_bằng nhiệt Khái_niệm đảo_ngược mật_độ có liên_quan đến nhiệt động_lực_học và cách ánh_sáng tương_tác với vật_chất Giả_sử có một nhóm các nguyên_tử N mỗi trong số đó có khả_năng ở một trong hai trạng_thái năng_lượng BULLET 1 Trạng_thái cơ_bản với năng_lượng E hoặc BULLET 2 Trạng_thái kích_thích với năng_lượng E với E E Số_lượng các nguyên_tử ở trạng_thái cơ_bản là N số_lượng các nguyên_tử ở trạng_thái kích_thích là N Tổng_số nguyên_tử là N Năng_lượng chênh_lệch giữa 2 trạng_thái Ánh_sáng có tần_số ν sẽ tương_tác với nhóm nguyên_tử này ta có mối liên_hệ với h là hằng_số Planck_Nếu hệ các nguyên_tử này đang ở trạng_thái cân_bằng nhiệt thì theo nhiệt động_lực_học tỉ_số giữa số_lượng của các nguyên_tử ở mỗi trạng_thái theo phân_bố Boltzmann với T là nhiệt_độ tuyệt_đối k là hằng_số Boltzmann_Từ đó có_thể tính được tỉ_số giữa mật_độ nguyên_tử của 2 trạng_thái ở nhiệt_độ phòng T 300 K với lượng chênh_lệch năng_lượng là Δ E và ánh_sáng tương_tác là ánh_sáng thấy được ν 5 10 Hz_Trong trường_hợp này thì Δ E E E 2 07 eV và kT 0 026 eV Vì E E kT cho_nên mũ số của phương_trình trên là một_số âm lớn và tỉ_số N N là một_số vô_cùng bé tức_là gần như không có nguyên_tử nào ở trạng_thái kích_thích Khi hệ_thống ở trạng_thái cân_bằng nhiệt rõ_ràng số_nguyên tử ở trạng_thái cơ_bản nhiều hơn số_nguyên tử ở trạng_thái kích_thích và đây chính là trạng_thái bình_thường của hệ Khi T tăng thì số_nguyên tử ở trạng_thái kích_thích N cũng tăng nhưng N không bao_giờ có_thể vượt quá N nếu hệ_thống ở trạng_thái cân_bằng nhiệt chính_xác là khi ở nhiệt_độ vô_hạn thì N N Nói một_cách khác đảo_ngược mật_độ N N 1 không_thể_nào tồn_tại đối_với một hệ_thống cân_bằng nhiệt Để đạt được đảo_ngược mật_độ thì phải đẩy hệ_thống vào một trạng_thái biến_đổi nhiệt không cân_bằng nhiệt Tham_khảo BULLET Svelto_Orazio 1998 Principles of Lasers 4th ed trans David_Hanna_Springer_ISBN 0 306 45748 2
Đảo_ngược mật_độ