No funcionamento de um laser de hélio-neônio, por que é importante que o estado metaestável do hélio seja de “vida” relativamente longa? (Qual seria o efeito se esse estado relaxasse muito rapidamente?) (Veja a Figura 30.22)

Fala aí! Bora resolver mais essa aqui, que pode parecer meio complicadinha, mas não desespera, vem comigo.

A Figura 30.22 a que o enunciado se refere é essa aqui:

Olha só, em (a), nós temos cerca de 85% de átomos de hélio, representados pelos pequenos pontos escuros, e 15% de neônio, representados pelos círculos maiores coloridos. Em (b), uma corrente de alta voltagem se estabelece através do tubo e excita os átomos, quando isso ocorre, eles voltam para o estado relaxado imediatamente, exceto por alguns átomos de hélio que sofrem um retardo até ocorrer a relaxação. Diz-se que estes átomos se encontram em um estado metaestável (na figura, são os círculos escuros não preenchidos).

Os átomos de hélio excitados vagueiam pelo tubo e colidem com átomos de neônio em estados de energia mais baixa, de modo a ceder energia e levá-los ao seu estado metaestável, os círculos coloridos não preenchidos em (c). Este processo continua até que haja uma inversão de população, isto é, o número de átomos de neônio excitados ultrapassa o de neônios em estados de energia mais baixa.

Quando um átomo de neônio relaxar, ele irá irradiar fótons de luz vermelha no interior do tubo. Essa energia passa pelos outros átomos excitados de neônio e estimula-os a emitir fótons em fase, que começam a gerar um brilho avermelhado em direções aleatórias, como mostrado em (d).

As demais etapas, (e), (f) e (g), basicamente mostram um processo em que os raios de fótons são refletidos de um lado para o outro entre espelhos posicionados estrategicamente para amplificar seu efeito. Alguns dos fótons começam a vazar por um dos espelhos, que é apenas parcialmente refletor, e formam o feixe do laser.