μέιζερ

(maser). Διάταξη ικανή να εκμεταλλευτεί ένα φυσικό φαινόμενο, ενισχύοντας ή παράγοντας ηλεκτρομαγνητικά κύματα μέσω της εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας μοριακών ή ατομικών συστημάτων. Ο όρος προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων της αγγλικής φράσης microwave amplification (by the) stimulated emission (of) radiation που σημαίνει Ενίσχυση Μικροκυμάτων από Εξαναγκασμένη Εκπομπή Ακτινοβολίας. Η έκφραση αυτή χρησιμοποιείται για να περιγράψει τον φυσικό μηχανισμό παραγωγής μιας πολύ ισχυρής μονοχρωματικής δέσμης φωτός. Οι πρώτες μελέτες επί της φυσικής αρχής του μ. ανάγονται στο 1950 περίπου· πραγματοποιήθηκαν από τον Αμερικανό Τσαρλς Χαρ Τάουνς και, ανεξάρτητα, από τους Ρώσους Νικολάι Γκενάντιεβιτς Μπάζοφ και Αλεξάντρ Μιχαήλοβιτς Προκόρφ (και οι τρεις τους τιμήθηκαν για τις εργασίες τους στο θέμα με το βραβείο Νόμπελ φυσικής το 1964). Το 1954, ο Τάουνς μπόρεσε επίσης να κατασκευάσει την πρώτη συσκευή, εκμεταλλευόμενος την ιδιότητα που εμφανίζει το άτομο του αζώτου στο μόριο της αμμωνίας (ΝΗ₃), δηλαδή να πάλλεται μεταξύ δύο συμμετρικών θέσεων, σε σχέση προς το επίπεδο που προσδιορίζεται από τα τρία άτομα του υδρογόνου. Επειδή οι δύο αντίστοιχες ενεργειακές στάθμες έχουν σχεδόν τον ίδιο πληθυσμό ατόμων στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, προβλέπεται ο διαχωρισμός των μορίων σε ανώτερη στάθμη (άντληση) από εκείνα σε κατώτερη στάθμη. Η διαδικασία πραγματοποιείται με την ηλεκτροστατική εστίασή τους μέσα σε μία συσκευή κενού και με τη συλλογή τους σε μία ειδική κοιλότητα, στη συχνότητα μεταβίβασης από τις δύο στάθμες. Παράγεται έτσι η ευνοϊκή κατάσταση, κατά την οποία η τυχαία εκπομπή ενός φωτονίου εκ μέρους ενός μορίου εξαναγκάζει την εκπομπή φωτονίων εκ μέρους άλλων μορίων (εξαναγκασμένη εκπομπή)· αυτά πέφτουν σε κατώτερη ενεργειακή στάθμη, δηλαδή σε κατάσταση ισορροπίας, εκπέμποντας μία ακτινοβολία σύμφωνη (ίδιας συχνότητας) με τη διεγείρουσα. Από αυτή την απλουστευμένη περιγραφή συνάγεται ότι ο μ. μπορεί να λειτουργήσει ως ενισχυτής –από ένα φωτόνιο προκύπτει η μετάβαση σε έναν καταρράκτη φωτονίων της ίδιας συχνότητας με εκείνης του πρώτου φωτονίου– ή ως ταλαντωτής, αν σχεδιαστεί η συσκευή κατά τρόπο ώστε οι απώλειες της ενέργειας να είναι κατώτερες από την απολαβή της ενίσχυσης. Εκτός των μ. αερίου που προαναφέρθηκαν, έχουν μελετηθεί και οι μ. στερεάς κατάστασης (πυρίτιο ενωμένο με φωσφόρο, ρουβίδιο, υδροκυάνιο, κλπ.), στους οποίους γίνεται εκμετάλλευση των μεταβάσεων του μαγνητικού διπόλου που συνδέεται με τη ροπή του σπιν των ηλεκτρονίων του ατόμου. Η συσκευή μπορεί να λειτουργήσει κατά συνεχή τρόπο ή κατά παλμούς. Μια βαθύτερη περιγραφή του μηχανισμού λειτουργίας του μ. μπορεί να γίνει μόνο με όρους της κβαντικής μηχανικής, επειδή δεν πρόκειται για λειτουργία που βασίζεται στην κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρικών φορτίων, αλλά, αντίθετα, στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου και ενός τελείως ουδέτερου ατομικού ή μοριακού συστήματος. Από το γεγονός αυτό προέρχεται το ιδιαίτερο χαρακτηριστικό των μ. να παρουσιάζουν έναν ελάχιστο θόρυβο βάθους (με τον όρο θόρυβος βάθους νοούνται οι ακανόνιστες κυμάνσεις που παράγονται σε κάθε βαθμίδα ενίσχυσης από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια· αυτές οι κυμάνσεις καθιστούν το σήμα συγκεχυμένο, εάν έχουν εύρος της τάξης μεγέθους του κύριου σήματος). Σε έναν δέκτη μικροκυμάτων μ., ο θόρυβος βάθους που παράγεται από τον ενισχυτή είναι μερικές εκατοντάδες φορές μικρότερος του θορύβου βάθους που παράγεται σε ένα κοινό ενισχυτή μικροκυμάτων. Επομένως, ενώ σε έναν συμβατικό δέκτη μικροκυμάτων το μεγαλύτερο μέρος του θορύβου βάθους προέρχεται από τον ίδιο τον ενισχυτή, σε έναν δέκτη μ. ο θόρυβος βάθους προέρχεται μόνο από εξωτερικές αιτίες. Οι δέκτες μ. έχουν εφαρμογή στη ραδιοαστρονομία (η ακτινοβολία μ. μεταφέρει πλήθος αστροφυσικών πληροφοριών) και στις τηλεπικοινωνίες μέσω δορυφόρων. Στις περιπτώσεις αυτές τα σήματα που λαμβάνονται είναι τόσο ασθενή, ώστε πολλές φορές συγχέονται με τον θόρυβο βάθους του συμβατικού δέκτη.

* * *

το

φυσ. διάταξη η οποία επιτρέπει την παραγωγή και ενίσχυση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, τής οποίας τό μήκος κύματος βρίσκεται κυρίως στην περιοχή τών μικροκυμάτων, και τής οποίας η λειτουργία βασίζεται στην ίδια αρχή με εκείνην τού λέιζερ.

[ΕΤΥΜΟΛ. Μεταφορά στην ελλ. ξεν. όρου, πρβλ. αγγλ. maser].