pano

rama

cajàce, nie objà∏ badaniem osób z g∏´bokà de-
presjà ani ze stanami l´kowymi. „W zwiàzku
z uzyskanymi wynikami nasuwa si´ pytanie,
czy badani podejmujà w∏aÊciwe decyzje w ˝y-
ciu codziennym” – zastanawia si´ Apkarian,
który stwierdzi∏ podobne zjawisko u cierpià-
cych na zespó∏ wieloobjawowego bólu miej-
scowego – schorzenie nerwów obwodowych
b´dàce niekiedy efektem urazu koƒczyny.

„To bardzo interesujàce rezultaty, ale mu-

simy si´ dowiedzieç, co one w∏aÊciwie ozna-
czajà. Czy odzwierciedlajà zmiany w meta-

bolizmie mózgu – zastanawia si´ Anthony
Jones, dyrektor zespo∏u z University of Man-
chester w Wielkiej Brytanii, zajmujàcego si´
badaniem bólu u ludzi – czy te˝ faktycznie
wskazujà na zanik komórek nerwowych?
Wydaje si´ nieprawdopodobne, by silne emo-
cje powodowa∏y uszkodzenie mózgu, ponie-
wa˝ wiemy, ˝e umie on doskonale si´ bro-
niç”. JeÊli neuronów rzeczywiÊcie ubywa,
nale˝a∏oby ustaliç, czy zmiany te sà odwra-
calne i czy mo˝na ograniczaç wp∏yw bólu
na podejmowanie decyzji.

n

LUTY 2004

ÂWIAT NAUKI

15

FIZYKA

Schwytaç foton

DETEKTORY NADPRZEWODNIKOWE MIERZÑ NAWET D¸UGOÂå FALI. GRAHAM P. COLLINS

T

echnika CCD

na dobre zadomowi∏a si´

we wspó∏czesnej elektronice – w apa-
ratach cyfrowych, kamerach czy ska-

nerach. Ju˝ pod koniec lat siedemdziesià-
tych astronomowie zaprz´gli jà do detekcji
Êwiat∏a. Niezwykle powszechne urzàdzenia
oparte na technice CCD majà jednak ograni-
czone mo˝liwoÊci. Przede wszystkim nie sà
czu∏e na d∏ugoÊç fali, a wi´c i kolor Êwiat∏a.
Problem ten zwykle
rozwiàzujà czerwone,
zielone i niebieskie fil-
try do ka˝dego piksela
lub do trzech niezale˝-
nych macierzy detek-
torów CCD. Nieste-
ty, filtry zmniejszajà
czu∏oÊç detekcji i spra-
wiajà, ˝e nawet ma∏o
dok∏adny pomiar d∏u-
goÊci fali jest niemo˝li-
wy. Lecz ostatnio gru-
pa naukowców z Jet
Propulsion Laborato-
ry i California Institute
of Technology, kiero-
wana przez Petera K.
Daya z JPL, zbudowa-
∏a detektor oparty na
nadprzewodnikach,
który mo˝e rejestro-
waç pojedyncze foto-
ny, a przy tym okreÊlaç
d∏ugoÊç ich fali. Co
wi´cej, wydaje si´, ˝e

detektory takie b´dzie mo˝na ustawiç w ma-
cierz, podobnie jak w urzàdzeniach CCD.

Serce nowego detektora wykonano z cien-

kiej warstwy glinu na pod∏o˝u szafirowym.
Warstwa ta by∏a trawiona typowà metodà
fotolitografii. W efekcie powsta∏a zygzako-
wata Êcie˝ka z glinu. Glin och∏odzony do
temperatury bliskiej zera bezwzgl´dnego
(oko∏o 1 K) staje si´ nadprzewodnikiem.

L

A

WRENCE BERKELEY NA

TIONAL L

ABORA

TORY/

SPL

URZÑDZENIA CCD,

takie

jak w Teleskopie Kecka
w Mauna Kea na Hawajach,
sà powszechnie stosowane
we wspó∏czesnych
systemach wizyjnych.
Detektory nadprzewodzàce
zaÊ umo˝liwiajà detekcj´
pojedynczych fotonów.

16

ÂWIAT NAUKI LUTY 2004

pano

rama

Oszacowanie iloÊci oleju

pozostajàcego w zbiornikach

Prestige’a by∏o mo˝liwe dzi´ki

sondzie neutron-gamma.

To stosowane w górnictwie

naftowym urzàdzenie zawiera

substancj´ promieniotwórczà

emitujàcà neutrony. Gdy zostanà

one poch∏oni´te przez atomy

wodoru, nast´puje emisja

promieniowania gamma – ró˝nej

d∏ugoÊci dla wody i ciek∏ych

w´glowodorów. W ten sposób

oceniono, ˝e w zbiornikach

tankowca znajduje si´ oko∏o

13 100 t oleju w cz´Êci dziobowej

i oko∏o 700 t w rufowej.

WI¢CEJ FAKTÓW

SZUKANIE OLEJU

W

∏adowniach

tankowca Prestige, któ-

ry zatonà∏ w listopadzie 2002 roku
u wybrze˝y Hiszpanii i do dziÊ spo-

czywa na g∏´bokoÊci 3800 m, wcià˝ znajdu-
je si´ oko∏o 14 tys. z przewo˝onych 77 tys.
ton oleju opa∏owego. Wyciek, który pojawi∏
si´ tu˝ po p´kni´ciu kad∏uba, wyrzàdzi∏ na
wybrze˝u Hiszpanii i ∏owiskach szkody si´-
gajàce miliarda dolarów. W∏adze obawiajà
si´, ˝e pozosta∏y olej mo˝e wcià˝ wyciekaç i
okresowo zanieczyszczaç wybrze˝e. Podj´-
ta w paêdzierniku 2003 roku próba wypom-
powania oleju z tankowca zrodzi∏a nadziej´,
˝e byç mo˝e uda si´ ca∏kowicie usunàç ten
niebezpieczny ∏adunek. Prób´ t´ poprzedzi-
∏y wielomiesi´czne przygotowania, prowa-

dzone przez hiszpaƒskà firm´ Repsol YPF,
która zaprosi∏a do wspó∏pracy ekspertów z
ró˝nych ga∏´zi przemys∏u, zajmujàcych si´
eksploracjà dna morskiego. Ramon Hernan,
dyrektor techniczny zespo∏u firmy Repsol,
przyznaje, ˝e „nigdy jeszcze nie uda∏o si´
wypompowaç ropy z wraku spoczywajàcego
na g∏´bokoÊci wi´kszej ni˝ 150 m” oraz ˝e
„˝aden robot nie sprawdzi∏ si´ na g∏´bokoÊci
prawie 4000 m”.

Wypompowanie oleju wymaga∏o specjal-

nie przystosowanego sprz´tu g∏´bokomor-
skiego i zdalnie sterowanych pojazdów. „Na
czterech tysiàcach metrów nie prowadzi si´
˝adnych dzia∏aƒ komercyjnych. Niewiele
firm decyduje si´ wys∏aç sprz´t na g∏´bokoÊç

Niczym dêwi´czàcy kamerton pràd elektrycz-
ny w Êcie˝ce oscyluje z cz´stotliwoÊcià re-
zonansowà.

W jaki sposób taki uk∏ad wykrywa foto-

ny? Elektrony w nadprzewodniku tworzà
luêno zwiàzane pary, zwane parami Coope-
ra. To w∏aÊnie one poruszajà si´ bez oporu,
a ich ∏atwoÊç przemieszczania si´ wp∏ywa
na cz´stotliwoÊç rezonansowà wytrawionej
Êcie˝ki. Gdy pada na nià foton, rozrywa nie-
które pary Coopera, w wyniku czego nad-
przewodnik staje si´ bardziej „powolny”.
Zmienia si´ cz´stotliwoÊç rezonansowa oraz
zmniejsza si∏a rezonansu. Energia fotonu,
która zale˝y od d∏ugoÊci fali, wyznacza licz-
b´ rozerwanych przez niego par, a wi´c rów-
nie˝ i zakres zmiany rezonansu. W procesie
detekcji fotonu konieczne jest jeszcze u˝y-
cie wzmacniaczy i innych elementów elektro-
nicznych. Grupa z JPL i Caltech testowa∏a
prototyp takiego detektora za pomocà foto-
nów promieniowania rentgenowskiego,
emitowanych przez radioaktywny izotop
˝elaza, lecz rozwiàzanie to mo˝na zaadap-
towaç do wszystkich d∏ugoÊci fal z zakresu
od submilimetrowych (mikrofale) do pro-
mieni gamma.

Detektor grupy z JPL i Caltech ma wielkà

przewag´ nad innymi tego typu urzàdzenia-
mi, które wymagajà zarówno du˝ej liczby
wyprowadzeƒ elektrycznych, jak i elektro-

nicznego przedwzmacniacza do pojedyncze-
go piksela. W nowym detektorze ka˝dy pik-
sel pracuje na niewiele ró˝niàcych si´ cz´sto-
tliwoÊciach rezonansowych, tak wi´c nawet
do du˝ej macierzy pikseli mo˝e wystarczyç
tylko jeden przedwzmacniacz i tylko jedno
wyprowadzenie elektryczne.

Detektory pojedynczych fotonów o du˝ej

czu∏oÊci majà szerokie zastosowania w obser-
wacjach astronomicznych, analizie rentge-
nowskiej materia∏ów, mikroskopii fluore-
scencyjnej pojedynczych czàsteczek oraz
telekomunikacji. Sà te˝ u˝ywane do wynaj-
dywania b∏´dów w obwodach scalonych
metodà detekcji promieniowania podczer-
wonego emitowanego przez tranzystory w
trakcie ich prze∏àczania.

Zanim naukowcy zacznà u˝ywaç detekto-

ra z JPL i Caltech do badaƒ, trzeba b´dzie
jeszcze rozwiàzaç kilka problemów. Przede
wszystkim poziom szumów jest wi´kszy, ni˝
przewidywano. Czu∏oÊç detektora „jest dosta-
tecznie wysoka w przypadku niektórych ob-
serwacji astronomicznych prowadzonych z
Ziemi – mówi Day z JPL – ale my chcemy
u˝ywaç nowego urzàdzenia w kosmosie. Dla-
tego konieczne jest polepszenie czu∏oÊci co
najmniej o rzàd wielkoÊci. Nowy detektor
b´dzie wi´c gotowy na wielkà inauguracj´
dopiero wtedy, gdy uda si´ zidentyfikowaç i
wyeliminowaç êród∏a szumu.

n

EK

OL

OGIA

Plan dla Prestige’a

SPRYTNA METODA WYDOBYCIA OLEJU Z WRAKU TANKOWCA. LUIS MIGUEL ARIZA

Bardzo czu∏ym detektorem

pojedynczych fotonów jest tak˝e

tranzystor na kraw´dzi.

Wykorzystuje si´ w nim

nadprzewodnik umieszczony

na kraw´dzi przejÊcia

nadprzewodzàcego, czyli

w temperaturze, w której opór

elektryczny spada do zera.

Nawet maleƒka ró˝nica

temperatur, spowodowana

absorpcjà pojedynczego fotonu,

jest przyczynà du˝ej zmiany oporu

elektrycznego detektora, który

mo˝na ju˝ zmierzyç zewn´trznymi

przyrzàdami pomiarowymi.

DETEKCJA

NA KRAW¢DZI