Máser de hidrógeno
Un máser de hidrógeno, también conocido como estándar de frecuencia de hidrógeno, es un tipo específico de máser que utiliza las propiedades intrínsecas del átomo de hidrógeno para servir como referencia de frecuencia de precisión.
Resumen
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Tanto el protón como el electrón de un átomo de hidrógeno tienen espines. El átomo tiene mayor energía si ambos giran en la misma dirección y menor energía si giran en direcciones opuestas. La cantidad de energía necesaria para invertir el espín del electrón es equivalente a un fotón con una frecuencia de 1,420405751768 GHz,[1] que corresponde a la línea de 21 cm en el espectro del hidrógeno.
Los máseres de hidrógeno son dispositivos muy complejos y de precio elevado (unos 235 000 dólares).[2] Hay que distinguir dos tipos: activos y pasivos.
En ambos tipos, una pequeña botella de almacenamiento de hidrógeno, H
2, filtra una cantidad controlada de gas a una ampolla de descarga, donde las moléculas se disocian mediante un arco eléctrico en átomos de hidrógeno individuales. Estos átomos de hidrógeno pasan a través de un colimador, tras atravesar un selector de estado magnético, y se depositan en una ampolla de almacenamiento, que tiene aproximadamente 20 de alto y 10 de diámetro y está hecha de cuarzo recubierto internamente con PTFE. La adsorción, la interacción química y la perturbación del estado atómico se reducen mucho gracias a las propiedades de la superficie de la ampolla. Las interacciones constantes con la ampolla aumentan la calidad de la oscilación. Una tecnología duradera de recubrimiento de la ampolla con PTFE permite una vida útil del dispositivo de más de 20 años.[3]
La ampolla de almacenamiento está situada dentro de una cavidad resonante hecha con un cilindro cerámico plateado o de cobre mecanizado con alta precisión. Esta cavidad está sintonizada con la frecuencia de resonancia (1,420) de los átomos.[4] Un solenoide aplica un campo magnético estático débil paralelo al eje de la cavidad para potenciar la degeneración de los subniveles magnéticos según el efecto Zeeman.[5] Para disminuir la influencia de los campos magnéticos externos cambiantes en la frecuencia de la línea de transición y evitar las interferencias electromagnéticas, la cavidad está rodeada por varias capas anidadas de apantallamiento.[3]
En el máser de hidrógeno activo, la cavidad oscila por sí sola. Esto requiere una mayor densidad de átomos de hidrógeno y un factor de calidad más alto para la cavidad. Con cavidades de microondas avanzadas hechas de cerámica plateada, el factor de ganancia puede ser mucho mayor, por lo que se requiere menos densidad de átomos de hidrógeno.[3] El máser activo es más complejo y más caro, pero tiene mejores estabilidades de frecuencia a corto y largo plazo.
En el máser de hidrógeno pasivo, la cavidad se alimenta mediante una frecuencia externa de 1,420, sintonizada para producir una respuesta máxima de la cavidad. Esto permite el uso de una menor densidad de átomos de hidrógeno y un menor factor de calidad de la cavidad, lo que reduce su costo.
Véase también
editarReferencias
editar- ↑ «Time and Frequency from A to Z: H». Physics Laboratory. NIST. Hydrogen Maser. Consultado el 6 de abril de 2010.
- ↑ «MHM 2010 Active Hydrogen Maser Data Sheet» (PDF). Symmetricom. 2014. Consultado el 31 de enero de 2016.
- ↑ a b c «iMaser 3000». Archivado desde el original el 23 de marzo de 2010. Consultado el 8 de abril de 2010.
- ↑ «USNO, Hydrogen Masers». Observatorio Naval de los Estados Unidos. Archivado desde el original el 10 de julio de 2006. Consultado el 31 de enero de 2016. «El bulbo de almacenamiento es una ampolla de cuarzo de unos 20 cm de altura que está recubierto por dentro con teflón para controlar la tasa de recombinación de átomos en moléculas. El bulbo de cuarzo está ubicado en un cilindro de cobre puro mecanizado con precisión que actúa como una cavidad resonante de microondas para la frecuencia de 1.420 GHz de la línea de hidrógeno de 21 cm. Una vez que los átomos entran en la cavidad de resonancia, encuentran otros átomos irradiando y siguen el mismo paso. "Empiezan a hablar entre ellos" y repiten lo que escuchan. Esto produce una oscilación altamente coherente. Esta es la señal a la que está sincronizado el oscilador de cristal. Todo eso está empaquetado en gabinetes con fuentes de alimentación, control de temperatura y blindaje magnético.»
- ↑ US 5838206 Active Hydrogen Maser Atomic Frequency Standard
Bibliografía
editar- Bauch, A. (2007). «Atomic frequency standards, properties and applications». En Hänsch, T.W.; Leschiutta, S.; Wallard, A.J., eds. Metrology and Fundamental Constants. Course CLXVI. Società Italiana di Fisica. Ámsterdam: IOS Press. pp. 303-308. ISBN 978-1-58603-784-0. LCCN 2007934139. Consultado el 8 de abril de 2010.
- Kleppner, D.; Goldenberg, H.M.; Ramsey, N.F. (1962). «The Atomic Hydrogen Maser». Physical Review 126 (2): 603. Bibcode:1962PhRv..126..603K. doi:10.1103/PhysRev.126.603.
Enlaces externos
editar- Estándar de frecuencia del máser de hidrógeno - Honeywell
Datos: Q1440593
Multimedia: Hydrogen maser clocks / Q1440593
