感光相机可能有助于检测外星生命暗物质

美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员已经制成了性能最高的相机之一，该相机由对单个光子或光粒子进行计数的传感器组成。

NIST的摄像头拥有1,000多个传感器或像素，可能会在未来的天基望远镜中寻找其他行星上生命的化学征兆，并在旨在寻找难以捉摸的“暗物质”的新仪器中很有用，“暗物质”被认为构成了大部分行星。宇宙中的“东西”。

该相机由Optics Express所描述，由超导纳米线制成的传感器组成，可以检测单个光子。就速度，效率和色彩敏感度范围而言，它们是最好的光子计数器之一。例如，一个NIST小组使用这些探测器来证明爱因斯坦的“远距离怪异动作”。

纳米线探测器在任何类型的光子传感器中，暗计数率也最低，这意味着它们不计算由噪声而不是光子引起的虚假信号。此功能对于暗物质搜索和天基天文学特别有用。但是，对于这些应用，需要比以前更多的像素和更大的物理尺寸的相机，并且它们还需要检测红外波段远端的光，其波长比当前实际的更长。

NIST的相机体积小巧，一个边长为1.6毫米的正方形，但装有1,024个传感器(32列乘32行)以拍摄高分辨率图像。主要的挑战是找到一种方法来整理和从如此多的检测器中获得结果而又不会过热。研究人员扩展了他们以前用64个传感器组成的较小摄像机的“读出”架构，该摄像机将行和列的数据相加，从而满足了美国国家航空航天局(NASA)的要求。

NIST的电子工程师Varun Verma说：“制造相机的主要动机是NASA的Origins Space Telescope项目，该项目正在研究使用这些阵列来分析太阳系外绕行星飞行的行星的化学成分。” 他指出，行星大气中的每种化学元素都会吸收一套独特的颜色。

Verma解释说：“这个想法是要观察穿过系外行星大气边缘的光的吸收光谱，因为它穿过系外行星大气的边缘。” “吸收特征可以告诉您大气中的元素，尤其是可能引起生命的那些元素，例如水，氧气和二氧化碳。这些元素的特征是在中红外光谱和远红外光谱中，光谱的那个区域还没有面积单光子计数探测器阵列，因此我们从NASA那里获得了少量资金，以查看我们是否可以帮助解决该问题。”

Verma及其同事在99.5%的传感器正常工作方面取得了很高的制造成功。但是在所需波长处的检测器效率很低。提高效率是下一个挑战。研究人员还希望制造更大的相机，也许带有一百万个传感器。

其他应用也是可能的。例如，NIST相机可能有助于发现暗物质。世界各地的研究人员一直未能找到所谓的弱相互作用的大颗粒(WIMP)，并正在考虑寻找能量和质量较低的暗物质。超导纳米线探测器为计数稀有，低能暗物质的发射以及将真实信号与背景噪声区分开提供了希望。

这款新相机是由位于科罗拉多州博尔德市的NIST的微型制造工厂以复杂的工艺制造的。检测器在切成芯片的硅晶片上制造。由钨和硅的合金制成的纳米线长约3.5毫米，宽180纳米(nm)，厚3 nm。接线由超导铌制成。

该相机的性能是由喷气推进实验室(JPL)在加州技术学院加州帕萨迪纳测量。JPL从事深空光通信工作，因此拥有必要的电子设备。

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