Che cos'è un Maser?

Un maser è un tipo di tecnologia simile a un laser. Laddove un laser è uno strumento di energia diretta o un'arma basata sull'amplificazione della luce mediante l'emissione stimolata di radiazioni, un maser utilizza invece l'amplificazione a microonde o campi elettromagnetici invece di fasci di luce coerenti, per produrre risultati simili. Il concetto alla base del maser fu concepito per la prima volta nel 1953 quando il fisico americano Charles Townes ne costruì uno, ma si basa su una precedente comprensione dell'emissione stimolata dei principi di radiazione stabilita da Albert Einstein nel 1917. La tecnologia è stata utilizzata nello sviluppo di orologi estremamente precisi , nella ricerca astronomica, ed è utilizzato in potenziali applicazioni di armi.

I maser di raggi atomici di solito usano una forma di gas che viene caricato in uno stato eccitato in una camera, che fa sì che quel gas emetta radiazioni che viene immagazzinata da un risonatore, dove viene successivamente convogliato fuori dalla camera attraverso una piccola apertura. Il maser creato da Townes era un ammoniaca e la sua generazione di energia era molto bassa a 0,00001 watt. Il raggio di energia che ha prodotto è stato così preciso, tuttavia, che è stato considerato utile come un orologio estremamente preciso in grado di mostrare un tempo corretto al secondo per centinaia di anni.

Laddove il maser si basa su un gas, interagisce solo lungo una gamma di frequenze strette che è caratteristica del gas. Questo può renderlo un amplificatore molto preciso nelle aree di ricerca che studiano tale gas, tuttavia. Il maser a idrogeno è molto efficace nell'amplificare e misurare i segnali deboli nello spazio in radioastronomia. Il maser a idrogeno è stato anche usato come una forma di orologio atomico più accurata di quella basata sull'ammoniaca, e dal 2011 i modelli sono in grado di non perdere o guadagnare un secondo di misurazione del tempo errata in oltre 100.000 anni di registrazione.

Laddove è richiesta l'amplificazione dei segnali di radiazione o di onde radio su una banda di frequenze diverse, viene utilizzato un maser a stato solido. Il ruber maser ne è un esempio, basato sui principi che utilizza anche un laser ruby. Il cristallo di rubino viene eccitato in presenza di un campo magnetico per sintonizzare un segnale studiato su una frequenza specifica e interagisce bene con segnali molto deboli. Ciò offre ai maser rubini le applicazioni ideali per amplificare i segnali inviati sulla Terra da sonde spaziali distanti inviate ad altri pianeti o satelliti in orbita ad una frazione della distanza della Luna, come i satelliti geosincroni. Un tale maser è stato anche usato per misurare le onde radio emesse da pianeti come Venere per studiare la composizione chimica della sua atmosfera e la sua temperatura.

Altri tipi di maser comunemente usati nella ricerca includono il rubidio e le varietà a microonde. Il maser di rubidio è a base di gas, usando una forma vaporizzata dell'elemento metallico bianco-argento. È un utile strumento di laboratorio nel pompaggio ottico, in cui gli elettroni in un atomo sono eccitati a uno stato quantico noto in modo che possano essere studiati. I maser a microonde sono utilizzati nella ricerca cosmologica per studiare la radiazione cosmica di fondo a microonde nello spazio che si è formata a seguito della prima espansione dell'universo. Questo è noto come il campo di ricerca della radiometria a microonde.