Китайський чіп RAFAEL відкриває нову еру пошуку темної матерії

Китайська дослідницька група з Університету Цінхуа представила революційний спектроскопічний чіп RAFAEL, який може докорінно змінити спосіб спостереження людства за Всесвітом. Результати дослідження опубліковані цього тижня у престижному науковому журналі Nature.

Новий чіп вирішує давню проблему компромісу між спектральною роздільною здатністю та пропускною спроможністю, що дозволяє здійснювати високоефективну спектроскопію миттєвих знімків з легкою інтеграцією в існуючі системи.

Спектроскопія є фундаментальним інструментом для виявлення фізичних структур та хімічного складу матерії. Цей метод лежить в основі відкриттів у фізиці, хімії, астрономії та науках про життя. Однак традиційні інструменти давно стикалися з невід'ємною проблемою досягнення одночасно надвисокої роздільної здатності та високої пропускної спроможності. Покращення одного параметра зазвичай вимагало компромісу щодо іншого, створюючи, здавалося б, непереборний бар'єр для досягнення обох характеристик одночасно.

RAFAEL, який отримав китайську назву «Юхен», долає це обмеження завдяки інтегрованій та реконфігурованій фотоніці на основі ніобату літію. Технологія дозволяє кожному пікселю сенсора захоплювати повні спектральні дані з надвисоким оптичним пропусканням.

Чіп досягає спектроскопії миттєвих знімків з просторовою роздільною здатністю 10 мегапікселів та спектральною точністю 0,05 нанометра в діапазоні від видимого до ближнього інфрачервоного випромінювання. Такі характеристики відкривають нові можливості для астрономічних спостережень та наукових досліджень.

Під час демонстраційного спостереження неба RAFAEL зафіксував спектри з такою точністю для 5600 зірок за одну експозицію. Це представляє більш ніж стократне покращення ефективності спостережень порівняно зі спектрометрами світового класу, які використовуються в астрономії.

За словами Фан Лу, професора Університету Цінхуа та відповідального автора статті, компактний, але потужний чіп може відкрити нові знання про найзагадковіші явища в космосі, одночасно просуваючи дослідження від матеріалознавства до астрофізики.

Назва «Юхен» походить від п'ятої зірки сузір'я Великої Ведмедиці, яку давні китайські астрономи використовували для калібрування небесних рухів. Ця назва втілює точність та баланс, які є ключовими характеристиками нового чіпа.

Фан Лу зазначив, що, спираючись на цю спадщину, чіп має на меті встановити новий стабільний еталон для астрономічних спостережень людства за світлом та Всесвітом. Це символічне найменування підкреслює амбіції розробників створити інструмент, який стане новим стандартом у галузі.

Технологія інтегрованої фотоніки на основі ніобату літію, яка лежить в основі RAFAEL, дозволяє досягти безпрецедентного поєднання характеристик. Реконфігурованість системи означає, що чіп може адаптуватися до різних завдань спостереження без необхідності фізичної зміни обладнання.

Застосування нового чіпа виходить далеко за межі астрономії. Дослідники вказують на потенціал використання технології в матеріалознавстві, де точна спектроскопія необхідна для аналізу складу та властивостей нових матеріалів. В астрофізиці чіп може допомогти у пошуку темної матерії та вивченні чорних дір, які залишаються одними з найбільших загадок сучасної науки.

Здатність захоплювати спектри тисяч об'єктів одночасно з високою точністю робить RAFAEL особливо цінним для великомасштабних астрономічних оглядів. Такі огляди необхідні для картографування Всесвіту, вивчення еволюції галактик та пошуку екзопланет.

Спектральна точність 0,05 нанометра дозволяє виявляти тонкі спектральні лінії, які несуть інформацію про хімічний склад віддалених об'єктів, їхню температуру, швидкість руху та інші фізичні параметри. Це критично важливо для розуміння процесів, що відбуваються в зірках, міжзоряному середовищі та галактиках.

Компактність чіпа є ще однією важливою перевагою. На відміну від традиційних спектрометрів, які можуть займати цілі кімнати, RAFAEL можна легко інтегрувати в існуючі телескопи та наукові прилади. Це знижує вартість та складність астрономічних спостережень, роблячи передові дослідження доступнішими для ширшого кола наукових установ.

Публікація результатів у Nature свідчить про високу наукову значущість розробки. Цей журнал публікує лише найбільш важливі та ретельно перевірені дослідження, що підтверджує революційний характер нової технології.

Розробка RAFAEL демонструє зростаючі можливості Китаю в галузі передових технологій та фундаментальної науки. Університет Цінхуа, один з провідних дослідницьких центрів країни, продовжує робити значний внесок у світову науку.