Weltraumtechnik: Das ist ein Maser

• Zum ersten Mal ist es Wissenschaftlern gelungen, einen Maser zu bauen, der bei Raumtemperatur funktioniert.
• Die Technik funktioniert ähnlich wie ein Laser, nur nutzt sie Mikrowellen statt Licht.
• Heute empfangen Forscher mit einem Maser die Signale von Raumsonden, in einigen Jahren könnten sie in Haushaltsgeräten verbaut werden.

Wie empfängt man Nachrichten vom anderen Ende des Sonnensystems? Ja, es sind Funksignale, aber äußerst schwache. Um deren Wellen zu verstärken, muss man sie zunächst bündeln wie das Licht eines Laserstrahls. Mit einem sogenannten "Maser" kann man Signale von Raumsonden empfangen, die Milliarden Kilometer weit weg sind. Maser funktionierten bisher jedoch nur bei sehr tiefen Temperaturen, weshalb sie nur bedingt einsetzbar sind. Nun haben Wissenschaftler an der Universität des Saarlandes und am London Centre for Nanotechnology erstmals einen Maser hergestellt, der bei Raumtemperatur arbeitet. Das berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe von Nature.

Maser können schwache Signale aus weiter Entfernung rauschfrei verstärken. Erstmals wurden sie in den 1950er-Jahren entwickelt. "Man erfand sie noch vor den herkömmlichen Lasern, sie sind deren ältere Geschwister", sagt Christopher Kay. Der Professor für Physikalische Chemie und Didaktik der Chemie an der Universität des Saarlandes ist maßgeblich an dem Forschungsprojekt beteiligt. "Jeder elektronische Verstärker fügt Rauschen hinzu. Wenn wir aber nur ganz schwache Signale haben, ist es umso wichtiger, dass es möglichst wenig rauscht."

Die ersten Maser nutzten Rubinkristalle und funktionierten nur bei Temperaturen unter minus 268 Grad Celsius. "Es gibt Bücher aus den Siebzigerjahren, die zeigen, dass Leute schon damals gesagt haben, man könnte statt Rubin doch Diamanten nehmen. Aber keiner hat es vor uns gemacht." Der neuartige Maser bei Raumtemperatur funktioniert mit einem Ring aus Saphir, in dessen Mitte man einen Diamanten platziert. Wenn Mikrowellen und Licht auf den Saphir treffen, regen sie die Elektronen im Diamanten an. Diese Elektronen fallen kurz darauf wieder in den Grundzustand zurück und geben Photonen ab, welche das ursprüngliche Signal verstärken. "Dieser Prozess wird so lange fortgeführt, bis man die Photonen, also die Mikrowellen, mit normalen elektrischen Verstärkern verstärken kann", erklärt Kay.

Die neuen Maser können überall dort Anwendung finden, wo man schwache Signale rauscharm verstärken will. "Eines Tages kann man damit vielleicht leistungsstärkere Handys und Laptops bauen, die mehr Informationen aufnehmen und dabei kleinere Akkus benötigen." Bis die neue Technik einsatzbereit ist, wird es noch dauern. Kay rechnet damit, dass in etwa 15 Jahren Haushaltsgeräte mit Masern auf den Markt kommen.