maser

maser

Dispositivo in grado di amplificare onde elettromagnetiche coerenti tramite emissione stimolata di radiazione. Il maser (Microwave [molecular] amplification by stimulated emission of radiation) rappresenta un precursore del laser, operante nel campo delle microonde anziché in banda ottica. Inventato da Charles H. Townes, James P. Gordon e Herbert J. Geiger nel 1953, impiegava un fascio di molecole di ammoniaca per ottenere radiazione coerente a ca. 24 GHz. In tale maser ad ammoniaca il flusso di molecole di diversa energia prodotto dalla sorgente viene separato da un sistema di elettrodi, in grado di focheggiare il fascio e inviare le molecole nello stato energetico più alto lungo l’asse del sistema, lasciando disperdere le altre ai lati. Il fascio ben collimato è poi fatto passare in una cavità risonante accordata sulla frequenza di transizione dell’ammoniaca. L’oscillazione elettromagnetica così prodotta può essere impiegata come tale (funzionamento come oscillatore a microonde) oppure, sotto opportune condizioni, modificata per amplificare un segnale esterno (funzionamento come amplificatore a microonde). In entrambi i casi il sistema presenta un bassissimo rumore e permette la generazione di un segnale coerente molto pulito. Il maser è pertanto impiegabile per la produzione di frequenze di alta precisione e per la costruzione di orologi atomici (maser a idrogeno). Lo stesso Townes lavorò successivamente allo sviluppo del suo analogo in banda ottica, poi denominato laser dal suo inventore Theodore H. Maiman nel 1960. I maser a fasci molecolari presentano tuttavia l’inconveniente di essere a banda troppo stretta e a bassissima potenza. Sono stati pertanto introdotti maser a stato solido a tre livelli, che garantiscono basso rumore su una banda più larga, con la possibilità di essere impiegati nel campo delle radiocomunicazioni e nei sistemi radar. Nella radioastronomia, per es., l’impiego di maser a rubino permise a Arno A. Penzias e Robert W. Wilson nel 1965 di scoprire la radiazione cosmica di fondo dell’Universo. Nel 1951 Hans Motz propose una tipologia di maser che è poi evoluta in uno dei sistemi oggi più usati per produrre radiazione coerente in banda ottica, il cosiddetto laser a elettroni liberi. In questo dispositivo le onde elettromagnetiche sono ottenute a partire da un fascio di elettroni fatto passare attraverso magneti disposti secondo direzioni alternate. L’emissione maser ha anche una sorgente naturale, corrispondente all’emissione di particolari molecole (come idrogeno gassoso, OH, acqua, ammoniaca, metanolo e SiO) nelle nubi interstellari. Maser molto luminosi (detti megamaser) sono stati scoperti di recente nei nuclei di alcune galassie.

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