Невидимий вбивця вже створено. Що принесуть людству нові технології мазерные

Напевно, майже будь-яка технологія може мати як цивільне, так і військове застосування. Одним з рідкісних винятків досі були мазери. Це старші брати всім відомих лазерів. Перший мазер був створений в 1954 р., а перший лазер - у 1960-м. Але хоча лазерне зброя вже майже реальність, над створенням мазерного зброї раніше ніхто серйозно не працював. Зараз завдяки новому відкриттю все може змінитися.

Відмінність між мазерами і лазерами в одній букві. Maser розшифровується як microwave amplification by stimulated emission of radiation - посилення мікрохвиль за допомогою вимушеного випромінювання. Якщо замінити microwave (мікрохвилі) на light (світло), вийде laser. У сучасного споживача слово "мікрохвилі" асоціюється виключно з мікрохвильовою піччю, в якій зручно розігрівати їжу. Що ж, будь-який користувач цього пристрою легко уявить собі і мазерное зброю: воно випускає мікрохвильовій промінь, здатний прожарити того, хто виявиться у нього на шляху.

Звичайно, оскільки мікрохвилі невидимі, мазерное зброя не зможе скласти конкуренцію лазерному у фантастичних бойовиках. Але на реальному полі бою мазери можуть виявитися набагато небезпечніше лазерів при однакових енергетичних характеристиках. Та й невидимість мазерного променя буде швидше перевагою, ніж недоліком.

Досі військові не розробляли подібних технологій з однієї простої причини: мазери вкрай незручні в експлуатації. Взагалі-то є різні види мазерів, але усі вони застосовуються лише у вузькому колі областей через ряд технічних труднощів. Наприклад, газові мазери вимагають установок, що створюють дуже глибокий вакуум, а твердотільні мазери можуть працювати тільки при наднизьких температурах, для досягнення яких необхідно охолодження за допомогою рідкого гелію.

Проте в нинішньому десятилітті розгорнулася справжня технологічна гонка між командами, які намагаються створити мазер, здатний працювати в звичайних умовах. Першими, ще в серпні 2012 р. - похвалилися успіхом лондонські вчені з Національної фізичної лабораторії (NPL). Вони повідомили, що знайшли спосіб виготовлення малогабаритного твердотільного мазера, який може працювати при кімнатній температурі.

Для створення нового типу мазера вчені використовували кристали якогось хімічного з'єднання. Спочатку ці кристали були піддані хімічній обробці, а потім на них був сконцентрований потік мікрохвильового випромінювання від зовнішнього джерела. Під його впливом хімічно змінені кристали стали повертатися до свого початкового стану, випромінюючи при цьому власний потік когерентного мікрохвильового випромінювання. Це якраз і означає, що вийшов мазер.

Правда, для практичного застосування це винахід виявився все ж малопридатним. Матеріалом для нього слугувало складна органічна хімічна сполука, електрони в якому можуть зберігати свій стан лише дуже короткий час - близько 0,1 мікросекунди. В результаті цей мазер мав досить низьку ефективність і міг працювати тільки в імпульсному режимі, перетворюючи в мікрохвильове випромінювання всього кілька відсотків від енергії накачування.

Про більш зручному матеріалі розповіла в жовтні 2015 р. міжнародна група, що об'єднала вчених з Китайського університету Гонконгу та Штутгартського університету (Німеччина). За розрахунками цієї групи, якщо створити мазер на основі алмазу, то він буде здатний працювати при кімнатній температурі, а прогнозований час його безперервної роботи буде обчислюватися декількома хвилинами, що забезпечить йому дуже широку область застосування. Основною перевагою використання алмазу є те, що в ньому досить легко створити штучні дефекти, в яких атоми вуглецю заміщені атомами азоту. При цьому в кристалічній решітці з'являються вільні електрони, що зберігають свій стан в 50 разів довше, ніж електрони в органічному матеріалі, створеному вченими NPL. Додатковий бонус полягає в тому, що алмаз є надміцним матеріалом, завдяки цьому алмазний мазер може витримати набагато більш високу енергію накачування, ніж органічний мазер.

Але, підкреслимо, то була тільки ідея. Дослідники заявили, що в недалекому майбутньому спробують втілити її у вигляді реального досвідченого алмазного мазера. Правда, сказали вчені, перед цим їм доведеться провести ще цілий ряд уточнюючих математичних розрахунків і вивчити деякі квантові явища, які будуть відбуватися при взаємодії електронів та мікрохвильового випромінювання.

Поки що про нові успіхи ця група ще не повідомляла. Між тим, днями про свій прорив в тому ж напрямку повідомили лондонські фізики, тільки на цей раз не з NPL, а з Імперського коледжу Лондона. Вони змогли створити твердотільний мазер, що працює при кімнатних температурах, використовуючи в якості робочого тіла саме алмаз з штучними азотними дефектами. Камінь помістили в резонатор з сапфіру та міді, після чого підсвітили зеленим лазером - промінь був перетворений в мікрохвильове випромінювання. При цьому саме робоче тіло не руйнувалася при нагріванні, а значить, могло випромінювати необмежену кількість часу.

Стаття з описом винаходу вийшла в Nature - самому престижному науковому журналі світу. "Це прорив, який відкриє дорогу для широкого використання мазерів в цілому ряді областей. Ми сподіваємося, що незабаром мазер стане таким же популярним, як лазер", - заявив один з авторів дослідження.

Цю надію можна виміряти в доларах. За даними дослідницької компанії Strategies Unlimited, глобальний ринок лазерів виріс з $9,36 млрд у 2014 р. до $12,43 млрд 2017-го, а в 2018 році має досягти як мінімум $13,06 млрд. А обсяг ринку техніки, в якій використовуються лазери, ще на порядок більше. І все ж мазери мають непоганий шанс наздогнати своїх молодших братів, увійшовши поряд з ними в число ключових компонент технологій нового покоління. При цьому мазери і лазери не будуть конкурентами один одному - швидше вони будуть один одного доповнювати.

Зараз мазери застосовуються в радіозв'язку (зокрема, в дальньої космічного зв'язку), радіоастрономії і радіолокації для посилення переданих і прийнятих радіосигналів, а також використовуються як генератори стабільних частот. Появі мазерів нового типу, більш потужних, дешевих і зручних, призведе до прискорення розвитку всіх цих областей, а крім того, дозволить створювати надчутливі наукові і медичні інструменти, так і технічні засоби безпеки, такі як сканери в аеропортах або видалені детектори вибухівки. Нові мазери можуть успішно використовуватися також в промисловості і навіть в споживчій електроніці.

Ще одна тривожна перспектива - квантові комп'ютери. Там мазери знадобляться для зчитування квантової інформації. Не виключено, що з'являться і такі області застосування мазерів, про які ми зараз навіть не підозрюємо. І, звичайно, військові про свій інтерес до нового винаходу не будуть говорити, поки не перевірять його в своїх лабораторіях.

Мікрохвилі навколо нас

Мікрохвильовка - аж ніяк не єдине побутове пристрій, де використовуються мікрохвилі. Ці ж хвилі, тільки більш високої частоти і набагато меншої інтенсивності, використовуються для зв'язку - коли ви говорите по мобільному телефону, виходьте з ноутбука в інтернет. Вони ж дозволяють встановити бездротове з'єднання Bluetooth, Wi-Fi або WiMAX, роблять можливим GPS-навігацію, завдяки якій ви вибираєтеся з глухого кута, в який заїхали, а ще з'єднують вас з абонентом в іншій країні, передаючи сигнал через супутник.

Мікрохвильове випромінювання великої інтенсивності використовується в промисловості для термообробки металів. А в судинній хірургії воно застосовується для лікування варикозного розширення вен.

З космосу на Землю безперервно надходить реліктове мікрохвильове випромінювання - те саме, відкриття якого стало найважливішим доказом Великого вибуху, що породив наш Всесвіт. Також є космічні мазери - величезні газові хмари розміром в мільярди кілометрів, де виникають умови для генерації мікрохвиль, а джерелом накачування служить космічне випромінювання. Вчені, виходить, лише скопіювали те, що створила природа.