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由于原子、离子等内部结构的特殊性,它在各个能级的平均寿命也不一样,在基态时,原子可、以长时间地存在,而在激发状态,平均寿命一般都很短。但是,有些原子(或离子)的某个或某些髙能级却有较长的平均寿命,这种平均寿命较长的高能级称为亚稳态能级。例如,红宝石中-铬离子的高能级E3,的平均寿命只有0.001us,但髙能级E2的平均寿命却有几个毫秒,比E3的平均寿命大几百万倍。同样,在気原子、氖原子、氩离子、钕离子、二氧化碳分子等粒子中,也有这种亚稳态能级。
某些具有亚稳态能级结构的物质,在一定外界能源如光能、电能、化学能等激发下,可使原子或离子从低能级漱发到高能级。在一定条件下(如照射光源足够强),就可能使处于高能态的原子数目大于处于低能态的原子数目,这种现象称为“粒子数反转”。