粒子数反转lizishu fanzhuan

处于高能级的粒子(原子、分子等)布居数大于低能级的粒子布居数的现象。微观粒子(原子、分子、离子等)总是处在一定的能量状态中，或称处在一定能级中。对于大量处于热平衡状态下的微观粒子，各能级上的粒子数服从玻耳兹曼分布，即，设单位体积中能量为E₁的较低能级上有N₁个粒子，能量为E₂的较高能级上有N₂个粒子，则N₂/N₁＝e-^(E2^-E1^)/KT。可见，处于较高能级的粒子数目是永远少于较低能级的粒子数目的，这就是热平衡的特点。但若采取某种措施而选择性地激发粒子，使处于较高能级的粒子数反而多于较低能级的粒子数，这就是粒子数布居反转，简称粒子数反转。这是一种不遵守玻耳兹曼分布律的非热平衡状态。显见，粒子数反转总是指某一对特定能级而言，如图中的E₁与E₂。要在一对能级间实现粒子数反转，就要从外界供给系统能量，供能方式有多种，如光照，放电，粒子束轰击，化学反应，核反应等。其目的都是将处于E₁能级上的粒子激发到E₂能级上去，使数目N₂大于N₁，实现反转。

实现粒子数反转是产生激光的前提，激光是受激辐射产生的相干光。一个粒子系统受光照射时，总是受激辐射与吸收并存的，受激辐射速率是B₂₁·W₂·W吸收速率是B₁₂·N₁·W。W是外场的辐射能量密度，B₂₁与B₁₂分别是受激辐射系数与吸收系数。B12=B₂₁，故要想实现光放大，必有B₁₂·N₂·W>B₂₁·N₁·W，即N₂>N₁，也就是必须实现这两个能级间的粒子数反转。研究激光的一个重要课题，就是寻找某工作物质的适合能级，及寻找激发方式，以实现粒子数反转。