感光相機(jī)可能有助于檢測外星生命暗物質(zhì)

美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)的研究人員已經(jīng)制成了性能最高的相機(jī)之一，該相機(jī)由對單個光子或光粒子進(jìn)行計數(shù)的傳感器組成。

NIST的攝像頭擁有1,000多個傳感器或像素，可能會在未來的天基望遠(yuǎn)鏡中尋找其他行星上生命的化學(xué)征兆，并在旨在尋找難以捉摸的“暗物質(zhì)”的新儀器中很有用，“暗物質(zhì)”被認(rèn)為構(gòu)成了大部分行星。宇宙中的“東西”。

該相機(jī)由Optics Express所描述，由超導(dǎo)納米線制成的傳感器組成，可以檢測單個光子。就速度，效率和色彩敏感度范圍而言，它們是最好的光子計數(shù)器之一。例如，一個NIST小組使用這些探測器來證明愛因斯坦的“遠(yuǎn)距離怪異動作”。

納米線探測器在任何類型的光子傳感器中，暗計數(shù)率也最低，這意味著它們不計算由噪聲而不是光子引起的虛假信號。此功能對于暗物質(zhì)搜索和天基天文學(xué)特別有用。但是，對于這些應(yīng)用，需要比以前更多的像素和更大的物理尺寸的相機(jī)，并且它們還需要檢測紅外波段遠(yuǎn)端的光，其波長比當(dāng)前實際的更長。

NIST的相機(jī)體積小巧，一個邊長為1.6毫米的正方形，但裝有1,024個傳感器(32列乘32行)以拍攝高分辨率圖像。主要的挑戰(zhàn)是找到一種方法來整理和從如此多的檢測器中獲得結(jié)果而又不會過熱。研究人員擴(kuò)展了他們以前用64個傳感器組成的較小攝像機(jī)的“讀出”架構(gòu)，該攝像機(jī)將行和列的數(shù)據(jù)相加，從而滿足了美國國家航空航天局(NASA)的要求。

NIST的電子工程師Varun Verma說：“制造相機(jī)的主要動機(jī)是NASA的Origins Space Telescope項目，該項目正在研究使用這些陣列來分析太陽系外繞行星飛行的行星的化學(xué)成分。” 他指出，行星大氣中的每種化學(xué)元素都會吸收一套獨特的顏色。

Verma解釋說：“這個想法是要觀察穿過系外行星大氣邊緣的光的吸收光譜，因為它穿過系外行星大氣的邊緣。” “吸收特征可以告訴您大氣中的元素，尤其是可能引起生命的那些元素，例如水，氧氣和二氧化碳。這些元素的特征是在中紅外光譜和遠(yuǎn)紅外光譜中，光譜的那個區(qū)域還沒有面積單光子計數(shù)探測器陣列，因此我們從NASA那里獲得了少量資金，以查看我們是否可以幫助解決該問題。”

Verma及其同事在99.5%的傳感器正常工作方面取得了很高的制造成功。但是在所需波長處的檢測器效率很低。提高效率是下一個挑戰(zhàn)。研究人員還希望制造更大的相機(jī)，也許帶有一百萬個傳感器。

其他應(yīng)用也是可能的。例如，NIST相機(jī)可能有助于發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)。世界各地的研究人員一直未能找到所謂的弱相互作用的大顆粒(WIMP)，并正在考慮尋找能量和質(zhì)量較低的暗物質(zhì)。超導(dǎo)納米線探測器為計數(shù)稀有，低能暗物質(zhì)的發(fā)射以及將真實信號與背景噪聲區(qū)分開提供了希望。

這款新相機(jī)是由位于科羅拉多州博爾德市的NIST的微型制造工廠以復(fù)雜的工藝制造的。檢測器在切成芯片的硅晶片上制造。由鎢和硅的合金制成的納米線長約3.5毫米，寬180納米(nm)，厚3 nm。接線由超導(dǎo)鈮制成。

該相機(jī)的性能是由噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)在加州技術(shù)學(xué)院加州帕薩迪納測量。JPL從事深空光通信工作，因此擁有必要的電子設(shè)備。

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