Was ist ein Maser?

Ein Maser ist eine Art Technologie, die einem Laser ähnelt. Wo ein Laser ein gerichtetes Energiewerkzeug oder eine Waffe ist, die auf Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission basiert, verwendet ein Maser stattdessen Mikrowellenverstärkung oder elektromagnetische Felder anstelle von kohärenten Lichtstrahlen, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Das Konzept für den Maser wurde erstmals 1953 von dem US-amerikanischen Physiker Charles Townes entwickelt. Es basiert jedoch auf einem früheren Verständnis der stimulierten Emission von Strahlungsprinzipien, das 1917 von Albert Einstein entwickelt wurde. Die Technologie wurde für die Entwicklung äußerst präziser Uhren verwendet , in der astronomischen Forschung und hat in potenziellen Waffenanwendungen Verwendung.

Atomstrahl-Masern verwenden normalerweise eine Form von Gas, das in einer Kammer in einen angeregten Zustand aufgeladen wird, wodurch dieses Gas Strahlung abgibt, die von einem Resonator gespeichert wird, wo es später durch eine kleine Öffnung aus der Kammer geleitet wird. Der von Townes hergestellte Maser war ein Ammoniak-Maser und seine Stromerzeugung war mit 0,00001 Watt sehr gering. Der von ihm erzeugte Energiestrahl war jedoch so präzise, ​​dass er sich als äußerst genaue Uhr erwies, die Hunderte von Jahren lang auf die Sekunde genau die richtige Zeit anzeigen konnte.

Wenn der Maser auf einem Gas basiert, interagiert er nur entlang eines Bereichs enger Frequenzen, die für das Gas charakteristisch sind. Dies kann es jedoch zu einem sehr präzisen Verstärker in Forschungsgebieten machen, die ein solches Gas untersuchen. Der Wasserstoff-Maser ist sehr effektiv bei der Verstärkung und Messung schwacher Signale im Weltraum in der Radioastronomie. Der Wasserstoff-Maser wurde auch als eine Form der Atomuhr verwendet, die genauer ist als die auf Ammoniak basierende. Modelle ab 2011 können in mehr als 100.000 Jahren keine Sekunde fehlerhafter Zeitmessung verlieren oder gewinnen.

Wenn eine Verstärkung von Strahlungs- oder Funkwellensignalen über ein Band unterschiedlicher Frequenzen erforderlich ist, wird ein Festkörpermaser verwendet. Der Rubin-Laser ist ein Beispiel dafür, basierend auf Prinzipien, die auch ein Rubin-Laser verwendet. Der Rubinkristall wird in Gegenwart eines Magnetfelds angeregt, um ein Signal abzustimmen, das entlang einer bestimmten Frequenz untersucht wird, und interagiert gut mit sehr schwachen Signalen. Dies gibt Ruby Masern ideale Anwendungen für die Verstärkung von Signalen, die von fernen Raumsonden, die an andere Planeten gesendet werden, oder von Satelliten, die in einem Bruchteil einer Entfernung zum Mond umkreisen, wie z. B. geosynchronen Satelliten, zur Erde zurückgesendet werden. Mit einem solchen Maser wurden auch Radiowellen gemessen, die von Planeten wie der Venus ausgesendet wurden, um die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphäre und ihre Temperatur zu untersuchen.

Andere in der Forschung häufig verwendete Arten von Masern umfassen die Rubidium- und Mikrowellensorten. Der Rubidium-Maser basiert auf Gas, wobei eine verdampfte Form des silberweißen Metallelements verwendet wird. Es ist ein nützliches Laborwerkzeug für das optische Pumpen, bei dem Elektronen in einem Atom zu einem bekannten Quantenzustand angeregt werden, damit sie untersucht werden können. Mikrowellen-Masern werden in der Kosmologie eingesetzt, um die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Weltraum zu untersuchen, die sich durch die frühe Expansion des Universums gebildet hat. Dies ist als Forschungsgebiet der Mikrowellenradiometrie bekannt.