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    Una cámara para detectar vida en otros mundos y materia oscura

    Una cámara para detectar vida en otros mundos y materia oscura
    Micrografía de la cámara de 1.024 sensores del NIST - V. VERMA/NIST

       MADRID, 19 Nov. (EUROPA PRESS) -

       Una nueva cámara compuesta por más de mil sensores que cuentan fotones individuales o partículas de luz, puede ser útil en futuros telescopios que buscan signos químicos de vida en otros planetas.

       Sus constructores, ingenieros del NIST (National Institute of Standards and Technology) también destacan su utilidad en nuevos instrumentos diseñados para buscar la evasiva "materia oscura" que se cree que constituye la mayor parte de "cosas" en el universo.

       Descrita en Optics Express, la cámara consta de sensores hechos de nanocables superconductores, que pueden detectar fotones individuales. Se encuentran entre los mejores contadores de fotones en términos de velocidad, eficiencia y rango de sensibilidad al color. Un equipo del NIST utilizó estos detectores para demostrar la "acción fantasmal a distancia" de Einstein, por ejemplo.

       Los detectores de nanocables también tienen las tasas de recuento oscuro más bajas de cualquier tipo de sensor de fotones, lo que significa que no cuentan las señales falsas causadas por el ruido en lugar de los fotones. Esta característica es especialmente útil para búsquedas de materia oscura y astronomía espacial. Pero para estas aplicaciones se requieren cámaras con más píxeles y dimensiones físicas más grandes que las disponibles anteriormente, y también necesitan detectar la luz en el extremo más alejado de la banda infrarroja, con longitudes de onda más largas de lo que actualmente es práctico.

       La cámara del NIST es pequeña en tamaño físico, un cuadrado que mide 1,6 milímetros por lado, pero está equipado con 1.024 sensores (32 columnas por 32 filas) para hacer imágenes de alta resolución. El principal desafío era encontrar una manera de cotejar y obtener resultados de tantos detectores sin sobrecalentamiento. Los investigadores ampliaron una arquitectura de "lectura" que demostraron previamente con una cámara más pequeña de 64 sensores que agrega datos de las filas y columnas, un paso para cumplir con los requisitos de la NASA.

       "Mi principal motivación para hacer la cámara es el proyecto del Telescopio Espacial Origins de la NASA, que está estudiando el uso de estas matrices para analizar la composición química de los planetas que orbitan estrellas fuera de nuestro sistema solar", dijo en un comunicado el ingeniero electrónico del NIST Varun Verma. Señaló que cada elemento químico en la atmósfera del planeta absorbería un conjunto único de colores.

       "La idea es observar los espectros de absorción de la luz que pasa a través del borde de la atmósfera de un exoplaneta mientras transita frente a su estrella madre", explicó Verma. "Las firmas de absorción le informan sobre los elementos en la atmósfera, particularmente aquellos que pueden dar vida, como el agua, el oxígeno y el dióxido de carbono. Las firmas para estos elementos están en el espectro de infrarrojo medio a lejano, y aún no hay detectores de conteo de fotones individuales para esa región del espectro, por lo que recibimos una pequeña cantidad de fondos de la NASA para ver si podríamos ayudar a resolver ese problema".

       Verma y sus colegas lograron un gran éxito de fabricación, con el 99,5% de los sensores funcionando correctamente. Pero la eficiencia del detector a la longitud de onda deseada es baja. Aumentar la eficiencia es el próximo desafío. Los investigadores también esperan hacer cámaras aún más grandes, tal vez con un millón de sensores.

       Otras aplicaciones también son posibles. Por ejemplo, las cámaras NIST pueden ayudar a encontrar materia oscura. Los investigadores de todo el mundo no han podido encontrar las llamadas partículas masivas que interactúan débilmente (WIMP) y están considerando buscar materia oscura con menor energía y masa. Los detectores de nanocables superconductores son prometedores para contar las emisiones de materia oscura rara de baja energía y discriminar las señales reales del ruido de fondo.

       La nueva cámara se fabricó en un proceso complicado en las instalaciones de microfabricación del NIST en Boulder, Colorado. Los detectores se fabrican en obleas de silicio cortadas en chips. Los nanocables, hechos de una aleación de tungsteno y silicio, tienen aproximadamente 3,5 milímetros de largo, 180 nanómetros (nm) de ancho y 3 nm de espesor. El cableado está hecho de niobio superconductor.

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