Czułe detektory śladów wczesnego stadium rozwoju wszechświata
Obecne badania z dziedziny astrofizyki dostarczają emocjonującej wiedzy o tajemniczej przeszłości naszego wszechświata i o jego rozwoju. Poczyniono znaczące postępy dzięki detekcji słabego światła bardzo gorącego gazu z najdawniejszej historii wszechświata, tuż po Wielkim Wybuchu, oraz najwcześniejszych czarnych dziur, których wykonane przez człowieka urządzenia nie były wcześniej w stanie wykrywać. Do wykrywania tego promieniowania elektromagnetycznego potrzebna jest bardzo czuła aparatura. Wymagane są detektory pracujące w skrajnie niskich temperaturach i przy minimalnym poziomie szumu. Naukowcy europejscy zainicjowali projekt E-SQUID (Development of SQUID-based multiplexers for large infrared-to-X-ray imaging detector arrays in astronomical research from space), aby opracować najlepsze technologie odczytu wyników detekcji. Głównym zadaniem było zaprojektowanie pierwszych prototypów czytników wyników detekcji w technologii SQUID (nadprzewodzące interferometry kwantowe). Zastosowanie takiej technologii w badaniach kosmosu jest nieczęste. Zwykle jest ona wykorzystywana do celów naziemnych. Europa ma w tym zakresie zaległości względem USA. Z projektem E-SQUID nawiązali współpracę główni specjaliści od technologii SQUID w Europie o najwyższym, międzynarodowym poziomie wiedzy eksperckiej w dziedzinie astrofizyki i opracowywania nowych aparatów. Zespół rozpoczął od określenia wymagań systemowych aparatów, które mają pracować w pasmach rentgenowskim, światła widzialnego i podczerwieni. Wymogi uzależniono od celów naukowych i planowanego wykorzystania aparatów w badaniach. Jako odniesienie przyjęto obserwacje Atacama Pathfinder Experiment (APEX) w dalekiej podczerwieni, kamerę wideo S-Cam 3 w paśmie widzialnym i rentgenowski spektrometr mikrokalorymetryczny (XMS) misji Athena. Potrzeba było intensywnych prac badawczych, aby wybrać i zaprojektować technologię multipleksowania odpowiednią do odczytu danych z detektorów kriogenicznych. Badacze dokonywali wyboru na bazie liczby sygnałów, które można połączyć w jeden sygnał złożony a następnie odkodowywać. Kolejnym zadaniem zespołu E-SQUID było zaprojektowanie i wyprodukowanie prototypów elektroniki zaplecza i okablowania czołowego elementu kriogenicznego, jak również prototypów nowych multiplekserów SQUID. W ramach projektu E-SQUID powstały nowe układy SQUID o ulepszonym działaniu, umożliwiające multipleksowanie detektora mającego 2 x 32 elementów. Wprowadzenie nowej technologii na rynek zwiększy niezależność Europy i jej konkurencyjność w dziedzinie eksploracji przestrzeni kosmicznej. Do możliwych zastosowań należy wykrywanie działalności człowieka z przestrzeni kosmicznej, np. rozpalania ognia i wystrzeliwania rakiet.
Słowa kluczowe
Wczesny wszechświat, E-SQUID, multiplekser, detektor obrazowania, detektor kriogeniczny