坐落在智利阿塔卡马沙漠的高原上，一座期待已久的天文台开始成形:最大的一套地面望远镜，致力于研究宇宙中最古老的光:宇宙大爆炸遗留下来的辐射。

　　几十年来，天文学家一直在研究这种被称为宇宙微波背景(CMB)的原始辐射，它笼罩着宇宙，并提供了140亿年历史的宇宙在其剧烈诞生后仅38万年的婴儿期的快照。那时宇宙变得足够冷，电子和原子核可以合并成原子，第一次允许光自由地流入太空。

　　位于智利的这组望远镜被统称为西蒙斯天文台(Simons Observatory)，与其他类似仪器相比，它有一个关键优势:它拥有新一代灵敏度极高的微波探测器和一个复杂的读出系统，这两个系统都是由美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家建造的。

　　nist设计的探测器被称为过渡边缘传感器辐射热计，是由冷却到绝对零度以上十分之一度的材料薄膜组成的热传感器。NIST的科学家Johannes Hubmayr指出，辐射热计就像微型温度计一样，可以在40%以上的天空中识别出CMB的微小温度变化。

　　辐射中的这些微小的热点和冷点，对应着早期宇宙中轻微的密度过高和过低，代表着星系形成的种子。(辐射热计还记录了宇宙微波辐射中不同极化的模式——在辐射电场中的波动——这些模式编码了大爆炸后瞬间宇宙的信息。)

　　为了测量温度，研究人员在辐射热计上施加一个小电压，使冷冻的探测器在两种状态之间保持平衡:超导状态，电流自由流动，没有任何阻力;非超导状态，电流遇到阻力。当传感器从入射的CMB辐射中吸收能量时，它们的电阻增加，导致流经它们的电流减少。电流的下降提供了宇宙微波背景在天空中特定点的温度测量。

　　然而，同时处理来自西蒙斯天文台67,080个超冷辐射热计的信号是一个挑战。如果不将辐射热计加热到超出其狭窄工作范围的温度，几乎不可能将每个探测器的导线连接到室温读出装置。

　　包括John Mates在内的NIST研究人员开创了一种方法，可以将来自数千个辐射热计的信号组合在一根电线上。这项技术依赖于被称为squid的设备，将每个测热计测量的电流变化转换为微小谐振器频率的变化。通过将数千个单独的测热计引起的独特频率漂移结合在一根电线上，NIST团队大大减少了室温连接的数量和热量传递的可能性。

　　为了这个天文台，NIST的研究人员在一片硅片上制造了2000多个微型谐振器和squid。在两年的时间里，该团队制造了50多个这样的晶圆，这些晶圆将用于读取过渡边缘传感器的辐射热计。研究人员以前从未交付过如此大量的高质量超导电路。

　　在他们最近的研究中，科学家们证明，他们只需要对每个晶圆上的32个芯片中的4个进行电子测试，就可以验证整个晶圆的功能。

　　Hubmayr、Mates、Dante Jones和他们在NIST的同事们已经向《热物理杂志》提交了一份关于他们工作的报告。

　　由国家标准与技术研究院提供

　　这个故事由NIST重新发布。点击这里阅读原文。

　　引文:微波探测器和多路复用:研究人员帮助天文学家检查早期宇宙(2024年1月24日)，从https://phys.org/news/2024-01-microwave-detectors-multiplexing-astronomers-early.html检索2024年1月24日

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