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微波激射器:既能測癌癥,還能探測外星人

現在大家對激光都非常熟悉了,其實,在激光(Laser)被發明出來之前,它還有個孿生兄弟,叫做激微波(Maser),只因其產生的條件太過苛刻,所以一直被擱置至今。

如今,英國國家物理實驗室和倫敦帝國理工學院的研究人員已經制造出一種制造激微波簡易設備——微波激射器(masers)。據團隊帶頭人馬克·奧克斯波羅(Mark Oxborrow)博士稱,這個“新型電子儀器”可以像激光一樣給世界帶來一場革命,甚至會超過激光的影響。

什么是激微波(maser)?

激微波,是受激放大微波輻射(Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的簡稱,指通過受激輻射放大和必要的反饋,產生同一波寬、準直、相干的微波的過程及儀器。其基本的物理原理是愛因斯坦在1917年提出的“受激發射(stimulated emission)”這一概念。詳細的物理原理介紹本文不做過多論述,有興趣的請看 這里

1952年,微波激射器就被列別捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫(Nikolay Basov)和亞歷山大·普羅霍羅夫(Alexander Prokhorov)描述了出來。他們因這項研究獲得了1964年的諾貝爾物理學獎。一年之后,由美國哥倫比亞大學的湯斯(Charles H. Townes)和戈登(J. P. Gordon)做出了真實的儀器。那是一個復雜的儀器,需要一連串受激勵的氨分子。

由于他們當時無法再對其進行簡化,所以湯斯和亞瑟·肖洛(Arthur L. Schawlow)繼續對一個非常類似的想法進行了研究,最終由戈登·古爾德(Gordon Gould)將其蓋棺定論,起名為LASER(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),也就是今天人們所說的激光,而湯斯也因激光而獲得了當年的諾貝爾物理學獎。

使用可見光代替微波可在很大程度上簡化儀器,因此微波激射器后來僅應用在小范圍的領域,如原子鐘;而激光的應用則非常廣泛,如數據存儲、武器、外科手術設備、通信甚至迪斯科舞廳的燈光等等。

新發現的意義

微波激射器的關鍵價值不是像激光一樣產生有用的光束,而是以一種非常干凈的方式進行整個放大過程,不會增加多余噪音。所以它們可以被用來檢測微弱的信號,如太空探索或者是遠距離的航海任務。

新型微波激射器

新型微波激射器

微波還能穿透很多激光不能穿透的材料,比如云層,皮膚等,這也就意味著除了應用在通信、太空、航海等領域,微波激射器還在醫療診斷和爆炸檢測上有著出色的表現。

奧克斯波羅博士對BBC這樣介紹道:

與人們日常生活最相關的可能就是更加靈敏的人體掃描方式。對于人體掃描器來說,靈敏度是很重要的,因為我們都希望在腫瘤擴散之前就將其檢測出來。如果可以做出一個更靈敏的人體掃描儀,那將會為人類帶來福音,降低癌癥的威脅性。微波激射器還可以用于放大遠距離的信號。想象一下,你可以做一個比目前標準靈敏100多倍的低噪音射電望遠鏡,用來探測還沒被發現的外星生命。

對于這臺新型儀器來說,最具有突破性的是其簡單的產生條件。微波激射器并不是新發明的,早在上世紀50年代就有了,但是當時因其苛刻的使用條件沒有得到廣泛的應用。當時的微波激射器需要極強的磁場、真空和超低壓環境或接近絕對零度的超低溫環境才能正常使用,這就需要巨型磁鐵,真空環境和特殊的制冷劑液體,使用代價巨大。

但是新的微波激射器在室溫下即可運行,而且不需要任何特殊條件。這要歸功于由英國國家物理實驗所研發的一種新型晶體,這種晶體中摻雜了并五苯(pentacene)的三聯苯(doped p-terphenyl)。有了這種晶體,在不久的將來,微波激射器的應用將像激光一樣普遍。并且由于微波激射器可以穿透云層或者是皮膚,所以其應用范圍將會相當廣泛。據奧克斯波羅博士說,還有很多潛在的應用等待開發,微波激射器的未來充滿希望。




本文編譯自Gizmodo: Scientists Invent Revolutionary Device that Could Help Stop Cancer (and Detect Faint Alien Signals Too!)
作者: Jesus Diaz
The End

發布于2012-08-20, 本文版權屬于果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯系果殼

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