Un maser è un tipo di tecnologia simile a un laser. Laddove un laser è uno strumento o un’arma a energia diretta basata sull’amplificazione della luce mediante l’emissione stimolata di radiazioni, un maser utilizza invece l’amplificazione a microonde, o campi elettromagnetici invece di fasci di luce coerenti, per produrre risultati simili. Il concetto alla base del maser è stato concepito per la prima volta nel 1953 quando il fisico statunitense Charles Townes ne costruì uno, ma si basa su una precedente comprensione dei principi dell’emissione stimolata di radiazioni stabilita da Albert Einstein nel 1917. La tecnologia è stata utilizzata nello sviluppo di orologi estremamente precisi , nella ricerca astronomica, e trova impiego in potenziali applicazioni di armi.
I maser a raggio atomico di solito usano una forma di gas che viene caricata in uno stato eccitato in una camera, che fa sì che quel gas emetta radiazioni che vengono immagazzinate da un risonatore, dove vengono successivamente incanalate fuori dalla camera attraverso una piccola apertura. Il maser creato da Townes era un maser ad ammoniaca e la sua generazione di energia era molto bassa a 0.00001 watt. Il raggio di energia che produceva era così preciso, tuttavia, che si rivelò utile come un orologio estremamente accurato in grado di mostrare l’ora esatta al secondo per centinaia di anni.
Laddove il maser si basa su un gas, interagisce solo lungo una gamma di frequenze ristrette che è caratteristica del gas. Tuttavia, questo può renderlo un amplificatore molto preciso nelle aree di ricerca che studiano un tale gas. Il maser a idrogeno è molto efficace nell’amplificare e misurare segnali deboli nello spazio nella radioastronomia. Il maser a idrogeno è stato utilizzato anche come una forma di orologio atomico più preciso di quello basato sull’ammoniaca e i modelli a partire dal 2011 sono in grado di non perdere o guadagnare un secondo di misurazione errata del tempo in oltre 100,000 anni di registrazioni.
Laddove è richiesta l’amplificazione di segnali di radiazioni o onde radio su una banda di frequenze diverse, viene utilizzato un maser a stato solido. Il maser a rubino ne è un esempio, basato su principi che utilizza anche un laser a rubino. Il cristallo di rubino viene eccitato in presenza di un campo magnetico per sintonizzare un segnale studiato lungo una specifica frequenza e interagisce bene con segnali molto deboli. Ciò offre ai rumaser applicazioni ideali per amplificare i segnali inviati sulla Terra da sonde spaziali distanti inviate ad altri pianeti o satelliti in orbita a una frazione di distanza dalla Luna, come i satelliti geosincroni. Tale maser è stato utilizzato anche per misurare le onde radio emesse da pianeti come Venere per studiare la composizione chimica della sua atmosfera e la sua temperatura.
Altri tipi di maser comunemente usati nella ricerca includono le varietà rubidio e microonde. Il maser al rubidio è a base di gas, utilizzando una forma vaporizzata dell’elemento metallico bianco-argento. È un utile strumento di laboratorio nel pompaggio ottico, in cui gli elettroni in un atomo vengono eccitati a uno stato quantico noto in modo che possano essere studiati. I maser a microonde sono utilizzati nella ricerca cosmologica per studiare la radiazione cosmica di fondo a microonde nello spazio che si è formata a seguito della prima espansione dell’universo. Questo è noto come il campo di ricerca della radiometria a microonde.