50 años del Láser

Los átomos, en estado excitado, en las condiciones previstas por A. Einstein, pueden amplificar la radiación en la misma frecuencia, y situados en una cavidad resonante, realimentan la radiación, la cual es coherente. Hay varias clases de máseres:

• Los de haz atómico: el de amoníaco y el de hidrógeno.
• Los de gas: vapor de rubidio.
• Los de estado sólido: rubí, del cual celebramos los 50 años.

En 1928 Rudolf Landenburg obtuvo por primera vez la emisión estimulada de radiación. En 1953 Charles H.Townes construye el primer MÁSER. Funcionaba con los mismos principios físicos que el láser, pero produce un haz coherente de microondas. El Máser de H.Townes era incapaz de funcionar en continuo. Era un máser que hoy llamamos de amoníaco. Las moléculas de amoníaco producen microondas en la frecuencia de 24 gigahertzios. A Charles H.Townes le ayudaron dos científicos rusos, Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov, que trabajaron independientemente en el oscilador cuántico, y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua usando sistemas con más de dos niveles de energía. En 1957 le llamaron Optical Maser, un nombre que no prosperó.

Townes, Básov y Prójorov fueron recompensados con el Premio Nobel de Física en 1964 por “Los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica”, los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en principios de máser-láser. Charles Townes, que sigue activo a sus 94 años en la Universidad de Berkeley, California, insiste con pasión en que la historia del láser es el ejemplo típico de proceso que siguen muchos de los grandes descubrimientos científicos: para obtener una fuente de luz el camino adecuado para algunos hubiera sido encargar el trabajo a un experto en bombillas, jamás a uno que se dedicaba a un tema sin aparente relación como la espectroscopia molecular de microondas. En la investigación de frontera el camino más corto raramente resulta ser el mejor.

Sigue resultando paradójico que Th.Maiman no obtuviese el Premio Nobel.

El reloj de láser

Los máseres se usan como patrones de frecuencia de una estabilidad extraordinaria, llamados también relojes atómicos. El TAI (Temps Atomique International) es un estándar atómico de alta precisión para medir el tiempo propio de un cuerpo geoide con un reloj atómico. TAI significa que por vez primera la unidad de tiempo, el segundo, no está ligada a un fenómeno astronómico. El Tiempo Medio de Greenwich (TMG), o Tiempo Universal (TU), se denominan ahora UTC (Tiempo Universal Coordinado) en el sentido, ya indicado, de que se basan únicamente en el reloj atómico. Para tener los relojes en hora se hace necesario incrementar el UTC en un segundo, es decir intercalar Leap seconds, y ese año dura un segundo más.

En diciembre de 2005 se añadieron 22 segundos intercalares. El Servicio Internacional de la Rotación de la Tierra y Sistemas de Referencia (IERS) y el Observatorio de París determinaron que el 30 de Junio y el 31 de Diciembre son las fechas adecuadas para añadir o quitar un segundo al año; de acuerdo con este nuevo estándar, un día ya no tiene 24 horas. En el año 1986, por ejemplo, la duración media del día fue de 24,00000034 horas. El tiempo Galileo se mantendrá en un intervalo de +- 50 ns en relación al Tiempo Atómico Internacional.

La estabilidad de la frecuencia determina la precisión en la medición de las distancias, superando la precisión del GPS. La estabilidad de frecuencia de un máser equivale a la de un cronómetro que no variase más de un segundo en 300 años.