Свет-зондирования камеры может помочь обнаружить внеземную жизнь, темная материя

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) сделали один из самых высоких-производительность фотокамеры состоит из датчиков, что считать отдельные фотоны, или частицы света.

С более чем 1000 датчиков, или пикселей, НИСТ камеры могут быть полезны в будущих космических телескопов поиск химические признаки жизни на других планетах, и в новые инструменты, предназначенные для поиска неуловимой «темной материи», как считается, составляют большинство «вещей» во Вселенной.

Описанные в оптика Экспресс, фотоаппарата состоит из датчиков, сделанных из сверхпроводящих нанопроводов, которые могут обнаруживать одиночные фотоны. Они являются одними из лучших счетчиков фотонов с точки зрения скорости, эффективности и диапазона цветовой чувствительности. Команда из NIST использовали эти детекторы, чтобы продемонстрировать «жуткий действия Эйнштейна на расстоянии», например.

Детекторы нанопроволоки также имеют самый низкий темновой скорости счета любого типа фотонного датчика, то есть они не в счет ложных сигналов, вызванных шумом, а не фотоны. Эта функция особенно полезна для темной материи, поиски и космической астрономии. Но камеры с большим числом пикселей и большие физические размеры, чем ранее доступна, необходимые для этих приложений, и они также должны обнаружить свет в дальнем конце инфракрасного диапазона с большей длиной волны, чем практический.

Камеры НИСТ является небольшой физический размер, квадрат размером 1,6 миллиметров на сторону, но упакованные с 1024 датчиков (32 столбцов по 32 строки), чтобы сделать снимки с высоким разрешением. Основной проблемой было найти способ собирать и получать результаты от такого количества детекторов без перегрева. Исследователи протянули «индикация» архитектура они ранее продемонстрировано с меньшим камеры 64 датчиков, который добавляет данные из строк и столбцов, шаг в сторону выполнения требований Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA).

«Моя основная мотивация для создания камеры проекта космического телескопа происхождение НАСА, который изучает, используя эти массивы для анализа химического состава планет, вращающихся вокруг звезд за пределами нашей Солнечной системы», инженер NIST по электронике Рави Верма сказал. Каждого химического элемента в атмосфере планеты будет поглощать уникальный набор цветов, отметил он.

«Идея состоит в том, чтобы посмотреть на спектры поглощения света, проходящего через край экзопланеты атмосфера как она проходит перед своей родительской звездой,» Верма объяснил. «Подписи поглощения расскажу вам об элементах в атмосфере, особенно те, которые могут привести к жизни, таких как вода, кислород и углекислый газ. Подписи этих элементов в средне — длинноволновая часть инфракрасной области спектра, и большой площади одного фотона детектором массивы еще не существует для этой области спектра, поэтому мы получили небольшое количество финансирования от НАСА, чтобы увидеть, если мы могли бы помочь решить эту проблему.»

Верма и его коллеги достигли высоких успехов изготовления, с 99,5% датчики работают нормально. Но эффективность детектора на нужные длины волны низкая. Повышение эффективности является следующей задачей. Исследователи также надеются сделать еще больше камер, возможно с миллионом датчиков.

Другие приложения также возможно. Например, НИСТ камеры может помочь найти темную материю. Ученые всего мира не могут найти так называемые слабовзаимодействующих массивных частиц (слабаки) и рассматривают, ищут темную материю с более низкой энергией и массой. Сверхпроводящие детекторы нанопроволоки предлагаем обещать для подсчета выбросов редкая, низкая-энергии темной материи и различать реальные сигналы от фонового шума.

Новая камера была сделана в сложный процесс, на базе микротехнологий в NIST в городе Боулдер, штат Колорадо. Детекторы изготавливаются на кремниевых пластинах кубиками в щепу. Нанопровода, сделанные из сплава вольфрама и кремния, около 3.5 мм длиной, 180 нанометров (Нм) в ширину и толщиной 3 нм. Жгут выполнен из сверхпроводящего ниобия.

Производительность камеры была измерена в Лаборатории реактивного движения (JPL) Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния. ЛРД обладает необходимой электроники из-за его работы на космических оптических коммуникаций.

сделать разницу: спонсорские возможности