Un nuovo piccolo circuito potrebbe fare una grande differenza nel modo in cui gli astronomi possono vedere la luce infrarossa. La luce infrarossa costituisce il 98% della luce emessa dal Big Bang. Metodi di rilevamento migliori con questo nuovo dispositivo dovrebbero fornire informazioni sulle prime fasi della formazione di stelle e galassie quasi 14 miliardi di anni fa.
"Nell'universo in espansione, le prime stelle si allontanano da noi ad una velocità che si avvicina alla velocità della luce", ha detto Michael Gershenson, professore di fisica a Rutgers e uno dei principali investigatori. "Di conseguenza, la loro luce è fortemente spostata in rosso quando ci raggiunge, apparendo a infrarossi."
Ma l'atmosfera spessa della Terra assorbe la luce a infrarossi lontani e i radiotelescopi terrestri non sono in grado di rilevare la luce molto debole emessa da queste stelle lontane. Quindi gli scienziati stanno proponendo una nuova generazione di telescopi spaziali per raccogliere questa luce. Ma sono necessari rivelatori nuovi e migliori per compiere il passo successivo nell'osservazione a infrarossi.
Attualmente vengono utilizzati bolometri che rilevano le onde infrarosse e submillimetriche misurando il calore generato quando i fotoni vengono assorbiti.
"Il dispositivo che abbiamo costruito, che chiamiamo nanobolometro a elettroni caldi, è potenzialmente 100 volte più sensibile dei bolometri esistenti", ha affermato Gershenson. "È anche più veloce reagire alla luce che la colpisce."
Il nuovo dispositivo è realizzato in titanio e metalli niobio. È lungo circa 500 nanometri e largo 100 nanometri ed è stato realizzato utilizzando tecniche simili a quelle utilizzate nella produzione di chip per computer. Il dispositivo funziona a temperature molto fredde - circa 459 gradi sotto zero Fahrenheit, o un decimo di un grado sopra zero assoluto sulla scala Kelvin.
Fotoni che colpiscono gli elettroni di calore del nanodetector nella sezione di titanio, che è isolato termicamente dall'ambiente superando conduttori di niobio. Rilevando la quantità infinitesimale di calore generato nella sezione di titanio, si può misurare l'energia della luce assorbita dal rivelatore. Il dispositivo può rilevare un singolo fotone di luce infrarossa lontana.
"Con questo singolo rivelatore, abbiamo dimostrato una prova del concetto", ha detto Gershenson. "L'obiettivo finale è quello di costruire e testare un array di 100 per 100 fotorilevatori, il che è un lavoro di ingegneria molto difficile."
Rutgers e il Jet Propulsion Laboratory stanno lavorando insieme per costruire il nuovo rivelatore a infrarossi.
Gershenson si aspetta che la tecnologia del rivelatore sia utile per esplorare l'universo primordiale quando i telescopi a infrarossi lontani basati su satellite inizieranno a volare tra 10 o 20 anni da oggi. "Ciò renderà la nostra nuova tecnologia utile per esaminare stelle e ammassi stellari nelle aree più lontane dell'universo", ha detto.
Il documento originale del team è disponibile qui.
Fonte di notizie originale: Rutgers State University
