maser

O maser é um dispositivo que amplifica micro-ondas (ondas com comprimento de onda da ordem dos centímetros) através de uma emissão estimulada.

Este foi inventado em 1954 pelo físico norte-americano Charles Hard Townes. Em colaboração com o cientista A. L. Schawlow definiu as condições em que o maser pode operar para as gamas de frequências correspondentes ao infravermelho, ultravioleta e visível.

O primeiro maser, denominado de maser de gás amoníaco, trabalhava com um feixe de moléculas constituído por moléculas de amoníaco energeticamente excitadas submetidas a campos magnéticos não uniformes. Este campo provoca uma deflexão nas moléculas de amoníaco no estado fundamental uma vez que estas apresentam um momento dipolar devido à falta de simetria. No caso das moléculas excitadas, estas não apresentam nenhum momento dipolar resultante e não são por este motivo deflectidas.

O feixe formado, constituído essencialmente por moléculas excitadas, desloca-se por uma cavidade ressonante alimentada com radiação de micro-ondas correspondente à diferença de energia entre os estados excitado e fundamental. Esta diferença provoca uma emissão estimulada quando as moléculas regressam ao estado fundamental e a entrada de radiações de micro-ondas é amplificada.

De um modo geral, um maser é um sistema físico constituído por átomos e moléculas simples que possuem dois estados energéticos em que a diferença de energias corresponde ao comprimento de onda da luz cuja intensidade se deseja amplificar. Deste modo, os componentes que se encontram num estado de energia superior, ao serem atingidos por uma pequena quantidade de luz de energia adequada, transitam espontaneamente a um estado inferior de energia, emitindo mais radiação.

Num maser existem certos aspetos que dificultam a sua construção, nomeadamente o facto de que em simultâneo com o processo de emissão induzida se produz em sentido contrário um processo de absorção. Os responsáveis por esta absorção são os elementos que se encontram num nível inferior de energia e que pretendem passar ao nível superior. Para que predomine o efeito amplificador é necessário que exista permanentemente um número superior de partículas no nível superior que no nível inferior.

Os masers são aplicados principalmente nos relógios atómicos com osciladores e são utilizados como amplificadores em radioastronomia (nos radiotelescópios) e nas instalações de radar. São muito importantes na amplificação de sinais débeis provenientes do espaço.