Qu'est-ce qu'un maser?
Un maser est un type de technologie similaire à un laser. Lorsqu'un laser est un outil ou une arme d'énergie dirigée basé sur l'amplification de la lumière par l'émission stimulée de rayonnement, un maser utilise plutôt une amplification par micro-ondes, ou des champs électromagnétiques, au lieu de faisceaux lumineux cohérents, pour produire des résultats similaires. Le concept derrière le maser a été conçu pour la première fois en 1953 lorsque le physicien américain Charles Townes en a construit un, mais il repose sur une compréhension antérieure des principes de l'émission stimulée de rayonnements établie par Albert Einstein en 1917. Cette technologie a été utilisée pour développer des horloges extrêmement précises , dans la recherche astronomique, et a une utilisation dans des applications d'armes potentielles.
Les masers à faisceau atomique utilisent généralement une forme de gaz qui est chargé dans un état excité dans une chambre, ce qui le fait émettre un rayonnement stocké par un résonateur, où il est ensuite canalisé hors de la chambre à travers une petite ouverture. Le maser créé par Townes était un maser à l'ammoniac et sa production d'électricité était très faible, à 0,00001 watt. Le faisceau d’énergie qu’il produisait était cependant si précis qu’il était considéré comme une horloge extrêmement précise pouvant afficher une heure exacte à la seconde pendant des centaines d’années.
Lorsque le maser est basé sur un gaz, il n'interagit que dans une plage de fréquences étroites caractéristique du gaz. Cela peut cependant en faire un amplificateur très précis dans les domaines de recherche qui étudient un tel gaz. Le maser à hydrogène est très efficace pour l'amplification et la mesure de signaux faibles dans l'espace en radioastronomie. Le maser à hydrogène a également été utilisé comme une forme d'horloge atomique plus précise que celle à base d'ammoniac, et les modèles à partir de 2011 sont capables de ne pas perdre ou gagner une seconde de mesure de temps erronée en plus de 100 000 ans d'enregistrement.
Lorsque l’amplification des signaux de rayonnement ou d’ondes radio est requise sur une bande de fréquences différentes, un maser à l’état solide est utilisé. Le ruby maser en est un exemple, basé sur les principes qu'un laser à rubis utilise également. Le cristal de rubis est excité en présence d'un champ magnétique pour accorder un signal étudié sur une fréquence spécifique et interagit bien avec des signaux très faibles. Cela donne aux masy ruby des applications idéales pour amplifier les signaux renvoyés vers la Terre par des sondes spatiales lointaines envoyées vers d'autres planètes, ou par des satellites en orbite à une fraction d'une distance de la Lune, tels que des satellites géosynchrones. Un tel maser a également été utilisé pour mesurer les ondes radio émises par des planètes telles que Vénus afin d’étudier la composition chimique de son atmosphère et sa température.
Parmi les autres types de masques couramment utilisés en recherche figurent les variétés rubidium et micro-ondes. Le rubidium maser est à base de gaz et utilise une forme vaporisée de l'élément métallique blanc argenté. C'est un outil de laboratoire utile dans le pompage optique, où les électrons d'un atome sont excités dans un état quantique connu afin de pouvoir être étudiés. Les masers à hyperfréquences sont utilisés dans la recherche en cosmologie pour étudier le rayonnement cosmologique de fond par hyperfréquences dans l’espace résultant de la première expansion de l’univers. Ceci est connu comme le domaine de recherche de la radiométrie à micro-ondes.