OK, Dott. Lee. Stavo pensando a questa cosa del laser, e c'è una cosa che non capisco. Hai detto che partiamo con un fotone, colpiamo con questo un atomo ecccitato, ed otteniamo due fotoni, e ripetiamo la stessa cosa fino ad ottenere un sacco di fotoni identici, e questo è un laser.

Sì, esatto.

MA...per eccitare un atomo dobbiamo colpirlo con un fotone. Dunque ci vogliono due fotoni per ottenere due fotoni. Come fa QUESTO MECCANISMO a darci fotoni in più?

Hai ragione. Se dobbiamo partire con un fotone del colore giusto per ogni fotone che vogliamo ottenere, non concludiamo niente. Questa era la situazione ai tempi di Einstein, ed infatti allora non si poterono costruire i laser. Riesci ad immaginare un modo per aggirare il problema?

Se potessimo eccitare un po' di atomi senza colpirli con dei fotoni, allora un solo fotone basterebbe per innescare una reazione a catena.

Giusto. Normalmente gli atomi sono nello stato di minima energia, come un gruppo di persone che guarda una partita in TV. Magari qualcuno si alza ogni tanto per prendere le patatine, ma di solito stanno tutti seduti. A noi serve, invece, che molti di loro si alzino in piedi contemporaneamente.

Come se il centravanti della loro squadra sbagliasse un gol già fatto....

"Stato Fondamentale"

"Inversione di Popolazione"

Esatto. Se riusciamo a far sì che tutti gli atomi saltino in uno stato eccitato possiamo ottenere un laser. Questa si chiama Inversione di Popolazione.

Ma gli atomi non guardano le partite di calcio; come facciamo ad ottenere l'inversione di popolazione?

Non è così facile, ma possiamo farcela fornendo energia elettrica ai nostri atomi, o illuminandoli con luce di diversi colori. Entrambi i processi portano gli atomi a livelli di energia molto più alti, e in particolari condizioni questi tornano giù e si accumulano tutti in un livello eccitato invece di tornare al livello fondamentale. Nella applet qui sotto, la nostra "pompa di energia" pensa a tutto questo.