Inversione di popolazione: differenze tra le versioni

In [[fisica]], e più specificamente in [[meccanica statistica]], si definisce '''inversione di popolazione''' la condizione per cui in un sistema costituito da componenti elementari (per esempio atomi, molecole o particelle) ci sono più elementi in stato eccitato che nelloin statoquello di minore energia.

Questa particolare condizione è la chiave per ottenere l'emissione [[laser]], nonchée per delil funzionamento di alcuni tipi di [[transistor]], [[Diodo|diodi]] e altri strumenti composti da [[Semiconduttore|semiconduttori]], che dipende da una alterata concentrazione di elettroni nel materiale.

Ci sono tre possibili tipi possibili di interazione tra un sistema atomico e la luce:

Se una luce ([[fotoni]]) di [[frequenza]] ν₂₁ passa attraverso un gruppo di atomi che si trovano allo [[stato fondamentale]], esiste la possibilità che la radiazione venga assorbita dagli stessi, causando la loro transizione sua uno stato energetico eccitato. La probabilità di assorbimento è [[Proporzionalità (matematica)|proporzionale]] a due fattori: l'intensità della radiazione e la popolazione ''N''₁ allo stato fondamentale. Su questo effetto è basato ad esempio un [[fotorivelatore]] o [[fotodiodo]].

Se un certo numero di atomi si trovano nello stato eccitato, può avvenire un decadimento spontaneo allo stato fondamentale con una possibilitàprobabilità proporzionale al loro numero di atomi dello stato eccitato: ''N''₂. La differenza in energia tra i due stati Δ''E'' viene emessa dagli atomi sotto forma di fotoni di frequenza ν₂₁.

I fotoni sono emessi in maniera [[Distribuzione statistica|stocastica]], e non ci sonosenza relazioni di [[Fase (segnali)|fase]] tra i fotoni emessi dal gruppo di atomi in diseccitazione; in altre parole, l'emissione spontanea avviene in maniera [[Coerenza (fisica)|incoerente]], come in una normale lampadina. In assenza di ulteriori processi, il numero di atomi nello stato eccitato al tempo ''t'' è dato dalla relazione:<math>N_2(t) = N_2(0) \exp{\frac{-t}{\tau_{21}}}</math>, dove ''N''₂(0) è il numero di atomi eccitati al tempo ''t''=0, e τ₂₁ è il [[tempo di vita medio]] della transione tra i due stati.