Wat is een Maser?

Een maser is een soort technologie vergelijkbaar met een laser. Waar een laser een gericht energiegereedschap of wapen is op basis van lichtversterking door de gestimuleerde emissie van straling, gebruikt een maser in plaats daarvan microgolfversterking of elektromagnetische velden in plaats van coherente lichtstralen om vergelijkbare resultaten te produceren. Het concept achter de maser werd voor het eerst bedacht in 1953 toen de Amerikaanse natuurkundige Charles Townes er een bouwde, maar het is gebaseerd op een eerder begrip van de door Albert Einstein in 1917 vastgestelde gestimuleerde emissie van stralingsprincipes. De technologie is gebruikt bij het ontwikkelen van uiterst precieze klokken , in astronomisch onderzoek, en heeft gebruik in potentiële wapentoepassingen.

Atoomstraalmaskers gebruiken meestal een vorm van gas dat in een geëxciteerde toestand wordt geladen in een kamer, waardoor dat gas straling uitzendt die wordt opgeslagen door een resonator, waar het later via een kleine opening uit de kamer wordt geleid. De maser gemaakt door Townes was een ammoniak maser en de stroomopwekking was zeer laag met 0,00001 watt. De energiestraal die het produceerde, was echter zo nauwkeurig dat het nuttig werd geacht als een uiterst nauwkeurige klok die honderden jaren een correcte tijd tot op de seconde kon weergeven.

Waar de maser op een gas is gebaseerd, werkt deze alleen samen langs een bereik van smalle frequenties die kenmerkend is voor het gas. Dit kan het echter een zeer precieze versterker maken in onderzoeksgebieden die zo'n gas bestuderen. De waterstof maser is zeer effectief in het versterken en meten van zwakke signalen in de ruimte in radioastronomie. De waterstof maser is ook gebruikt als een vorm van atoomklok die nauwkeuriger is dan die op basis van ammoniak, en modellen vanaf 2011 kunnen geen seconde foutieve tijdmeting verliezen of verkrijgen in meer dan 100.000 jaar opname.

Wanneer versterking van straling of radiogolfsignalen over een band met verschillende frequenties vereist is, wordt een solid state maser gebruikt. De robijnrode maser is hiervan een voorbeeld, gebaseerd op principes die een robijnrode laser ook gebruikt. Het robijnrode kristal wordt opgewonden in de aanwezigheid van een magnetisch veld om een ​​signaal af te stemmen dat wordt bestudeerd langs een specifieke frequentie, en werkt goed samen met zeer zwakke signalen. Dit geeft robijnrode masers ideale toepassingen voor het versterken van signalen teruggestuurd naar de aarde door verre ruimtesondes verzonden naar andere planeten, of satellieten die op een fractie van een afstand tot de maan cirkelen, zoals geosynchrone satellieten. Zo'n maser is ook gebruikt om radiogolven van planeten zoals Venus te meten om de chemische samenstelling van zijn atmosfeer en zijn temperatuur te bestuderen.

Andere soorten veelgebruikte masers in onderzoek omvatten de rubidium- en microgolfvariëteiten. De rubidium maser is op gas gebaseerd, met behulp van een verdampte vorm van het zilver-witte metalen element. Het is een handig laboratoriuminstrument bij optisch pompen, waarbij elektronen in een atoom worden geëxciteerd tot een bekende kwantumtoestand zodat ze kunnen worden bestudeerd. Microgolfmaskers worden in kosmologisch onderzoek gebruikt om de achtergrondstraling van de kosmische microgolven in de ruimte te bestuderen die is ontstaan ​​als gevolg van de vroege expansie van het universum. Dit staat bekend als het onderzoeksveld van microgolfradiometrie.