màser

sm. inv. [dalle iniziali dell'inglese Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificazione di microonde per mezzo dell'emissione stimolata di radiazioni]. Dispositivo per l'amplificazione di deboli segnali a frequenze di microonde che utilizza l'emissione stimolata di radiazioni. Il primo maser fu realizzato nel 1954 da J. Gordon, H. Zeiger e C. H. Townes utilizzando i livelli energetici associati agli stati di dipolo elettrico dell'ammoniaca, che determinano una frequenza di transizione di 23,87 GHz. Nella disposizione sperimentale una sorgente produce un sottile fascio collimato di molecole d'ammoniaca per evaporazione forzata attraverso un pacco di tubicini. Nel fascio, le molecole sono distribuite uniformemente nei due stati di dipolo, ma dopo il passaggio attraverso il focalizzatore quelle a energia più bassa sono deflesse fuori dall'apertura della cavità. Le molecole in cavità sono pertanto in uno stato eccitato con inversione di popolazione e danno luogo ad amplificazione per emissione stimolata (vedi laser) del campo a microonde accoppiato alla cavità. Inoltre, se la cavità risuona alla frequenza di transizione, per successive amplificazioni di una componente di rumore a questa frequenza si genera un'onda che si autosostiene, cioè il maser produce oscillazioni a microonde. Il maser ad ammoniaca ha un'elevata stabilità in frequenza come oscillatore e un basso rumore come amplificatore a 23,87 GHz, ma è virtualmente privo di possibilità di accordo. Per contro, nei maser a cristallo quale per esempio il rubino si utilizzano transizioni di dipolo magnetico sdoppiate in energia per azione di un campo magnetico esterno applicato al cristallo (effetto Zeeman). Poiché l'energia di transizione dipende dall'intensità del campo magnetico, il maser a rubino è accordabile in frequenza e le sue caratteristiche di amplificatore a bassa temperatura di rumore trovano applicazione in radioastronomia e nelle stazioni riceventi per telecomunicazioni su grandi distanze. Sono state infatti individuate numerose sorgenti celesti in emissionemaser, soprattutto all'interno di formazioni di nubi interstellari di materiale diffuso. In genere, tali sorgenti appaiono concentrate in nuclei ristretti, una sorta di “macchie calde” estese tipicamente per 5-10 UA, mentre l'emissione è quella tipica di molecole, o radicali, ben definiti. La prima a essere stata identificata fu quella irraggiata dall'ossidrile OH alla lunghezza d'onda di 18 cm. In seguito si sono aggiunti il vapor d'acqua H₂O, il monossido di silicio SiO, e alcuni altri gruppi molecolari. Il meccanismo d'irraggiamento, in tali sorgenti, appare innescato dalla stimolazione esercitata da centri emissivi dotati di speciale attività nell'infrarosso. Pertanto, le sorgenti maser galattiche risultano tipicamente associate a quei centri di condensazione che sono in atto entro vaste regioni gassose, e identificate come protostelle. Anche nell'ambito delle estese e rarefatte atmosfere di alcune stelle giganti e supergiganti rosse, sono state accertate emissioni maser che paiono connesse a densi involucri di polveri espulse, fortemente irradianti nell'infrarosso.