Maser

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Maser è l'acronimo inglese di Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, ovvero Amplificazione di Microonde tramite Emissione Stimolata di Radiazioni. Un maser è simile a un laser, ma opera nella regione delle microonde dello spettro elettromagnetico.

Cenni storici[modifica | modifica wikitesto]

Il primo maser venne costruito da Charles Hard Townes, J. P. Gordon, e H. J. Zeiger alla Columbia University nel 1953. L'apparecchio utilizzava l'emissione stimolata in un flusso di molecole di ammoniaca energizzata, per produrre l'amplificazione delle microonde alla frequenza di 24 gigahertz.

Townes in seguito lavorò con Arthur L. Schawlow per descrivere il principio del maser ottico, o laser, che venne inventato nel 1960 da Theodore H. Maiman.

Usi[modifica | modifica wikitesto]

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Orologio atomico.

I maser vengono usati per produrre frequenze di riferimento ad alta precisione, come accade negli orologi atomici. Vengono usati anche come amplificatori elettronici nei radiotelescopi.

Principio di funzionamento[modifica | modifica wikitesto]

I maser telescopici usano schiere di atomi di cromo isolati in un cristallo di ossido di alluminio, come amplificatori, pompando l'energia a diverse frequenze radio. Ovvero, utilizzano strisce lucidate di rubino sintetico.

Quando il segnale di ingresso entra, un "pettine" d'oro (l'oro viene usato perché non può essere corroso e cambiare forma) lo distribuisce lungo la striscia di rubino lucidato. Quando le onde radio si muovono attraverso il cristallo, spostano gli elettroni su orbite differenti. Quando gli elettroni si muovono nelle loro nuove, più basse orbite, vicine al nucleo atomico, si aggiungono all'onda che li ha spostati. Un'onda radio viene prodotta dallo spostamento della carica elettrica o del campo magnetico.

I denti del pettine sono distanziati in modo che le onde radio desiderate si sommino mentre si spostano lungo il cristallo. Ciò significa che le onde radio indesiderate non si sommano, e vengono quindi filtrate.

I maser sono raffreddati con elio liquido, che si trova a una temperatura di soli 4 K. Questo riduce il rumore proveniente da elettroni, nuclei, e altre particelle cariche che possono rimbalzare in giro a causa del movimento dovuto al riscaldamento molecolare.

Gli elettroni vengono estratti dai loro nuclei da più lunghe, trascurabili onde radio poste sul rubino da un altro pettine.

I maser spaziali[modifica | modifica wikitesto]

I maser si possono trovare anche in natura. Nel 1963 un gruppo di ricercatori del MIT percepì segnali radio provenienti dallo spazio interstellare innescati da nubi molecolari. Due anni dopo i loro colleghi californiani a Berkeley rilevarono una serie di microonde estremamente brillanti caratterizzata da una polarizzazione uniforme.[1] Da allora gli studiosi hanno scoperto emissioni maser di varie sostanze molecolari, come ad esempio il metanolo e il vapore acqueo. Per consentire la manifestazione dei maser, occorre che nelle nubi stellari si verifichino alcune condizioni particolari che sono fattibili solo nella prima fase di vita stellare e nell'ultima.
Innanzitutto, nello spazio interstellare, le molecole, come quelle d'acqua, nelle regioni di formazione delle stelle possono subire una inversione di popolazione ed emettere radiazioni a 22 GHz, creando la più brillante linea spettrale dell'universo radio. Alcuni maser ad acqua emettono radiazione da un modo vibrazionale a 96 GHz.
Per consentire questo fenomeno la zona planetaria di emissione deve essere molto grande per garantire l'amplificazione, e quindi abitualmente si estende per almeno 150 milioni di chilometri.[1]
Il maser è utile per rivelare molte informazioni sui venti spaziali e sulla distanza della stella.

La frequenza di risonanza dell'idrogeno è di 1,420 405 751 GHz

La frequenza di risonanza del deuterio è di 0,3 273 843 525 2 GHz ([1], [2])

La frequenza di risonanza del cesio è di 9,192 631 770 GHz

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ a b "I maser celesti", di Moshe Elitzur, num.320, apr.1995, pag.64-70

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