Il maser

Il contributo è tratto da Storia della civiltà europea a cura di Umberto Eco, edizione in 75 ebook

Maser è l’acronimo inglese di Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ovvero Amplificazione di Microonde tramite Emissione Stimolata di Radiazioni. Il maser è una specie di laser, ma opera nella regione delle microonde, ovvero dello spettro elettromagnetico. La sua realizzazione in laboratorio, sebbene abbia avuto poi scarse applicazioni, ha consentito lo sviluppo di ulteriori ricerche che hanno portato alla progettazione del laser appunto. 

Un’invenzione di “difficile” applicazione

In un sonnolento pomeriggio dell’aprile 1953 alla Columbia University, il professor Charles Townes partecipa a un seminario di spettroscopia, quando il suo dottorando Jim Gordon irrompe bruscamente nella sala gridando: “Funziona!”. La sera stessa, un gruppo di fisici che per anni ha lavorato a un dispositivo capace di generare o amplificare radiazioni elettromagnetiche nella regione delle microonde si ritrova a cena per festeggiare l’evento. L’acronimo maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) viene coniato alcuni giorni dopo.

Come spesso accade nella storia delle tecnologie, la realizzazione del maser si è resa possibile solo grazie ad alcuni studi precedenti: dall’emissione stimolata (ipotizzata da Albert Einstein nel 1916) all’inversione della popolazione (scoperta da Valentin Aleksandrovic Fabrikant intorno al 1940); dalla ricerca sulle microonde e sulle tecniche connesse negli anni Trenta al sempre più vasto interesse, emerso durante la guerra, per la risonanza magnetica.

Oltre a questi presupposti teorici, le ricerche sul maser ottengono un’ampia disponibilità di fondi. Il conflitto mondiale aveva dimostrato che gli studi fisici potevano avere ricadute strategico-militari decisive (si pensi alla bomba atomica o al radar). La guerra fredda aveva ulteriormente accresciuto tali convinzioni, tanto che negli Stati Uniti il lavoro sulla spettrografia a microonde viene condotto da ben quattro laboratori: tre industriali, legati al mondo delle telecomunicazioni, dell’elettricità e del broadcasting (i Bell Telephone Laboratories, i Westinghouse e quelli RCA) e uno universitario (la Columbia University, appunto). Un’altra intersezione con le esigenze militari si evince dai curricula dei ricercatori: sia Joseph Weber sia Charles Townes, due dei pionieri negli studi sui maser, avevano lavorato nell’esercito, il primo come ufficiale di marina e il secondo come tecnico costruttore di sistemi radar da bombardamento.

Nello stesso periodo anche l’URSS si interessa al maser. In particolare Aleksandr Mikhailovic Prokhorov e Nicolaj Gennadievic Basov (poi premi Nobel nel 1964 proprio assieme a Townes) compiono uno studio teorico sull’uso dei fasci molecolari in spettroscopia alle microonde: i due, nonostante i rapporti tesi con l’Occidente, incontrano i ricercatori statunitensi prima nel 1955 e poi ancora in una conferenza nel 1959.

Il maser ad ammoniaca, ideato da Townes e dalla sua équipe, presenta però un reverse salient fondamentale in quanto la trasmissione è possibile solo a una frequenza ben precisa, e la sequenza per la sintonizzazione del dispositivo non può essere variata. Cominciano così le ricerche sul maser solido che occupano numerosi laboratori di fisica per diversi anni e vengono portati a termine nel 1957 dai Bell Laboratories. Non casualmente tale sviluppo viene condotto in una struttura che si occupa di telecomunicazioni. Il maser a stato solido a tre livelli, infatti, mantiene il principale vantaggio di quello a stato liquido (il bassissimo rumore), ma può essere impiegato per la comunicazione, dato che le sue frequenze sono finalmente modificabili.

Il maser non trova però un quadro d’uso ben definito, essendo troppo ingombrante per applicazioni militari e viene utilizzato per costruire alcune componenti dei telescopi astronomici e dei satelliti. L’impiego più interessante, ma evidentemente di impatto sociale limitato, avviene nella costruzione di orologi atomici di grande precisione.

Gli anni Cinquanta, decennio in cui gli studi sul maser riscuotono grande interesse, volgono al termine quando gli astronomi rintracciano, forse stimolati dalle scoperte di laboratorio, una grande quantità di maser “celesti” naturali presenti nell’universo. È sempre in questo periodo che vengono avviate le ricerche sul maser ottico, con cui si intende estendere alla regione della luce visibile le osservazioni sulle microonde. Nasce così l’idea di un diretto discendente del maser, il laser.