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Fotodetektoren: Sehen mit Supraleitern

Detektoren aus supraleitendem Material reagieren schon auf einzelne Lichtquanten. Für derart hyperempfindliche Fotosensoren gibt es vielfältige Anwendungen in Astronomie, Teilchenphysik und sogar zum Aufspüren radioaktiver Schmuggelware.
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Textauszug:

Unsere Augen sind exquisite Lichtdetektoren; sie bestimmen Intensität, Farbe und räumliche Verteilung der einfallenden Strahlen. Die menschliche Netzhaut hat mehr Pixel als eine handelsübliche Digitalkamera – sechs Millionen farbempfindliche Zellen namens Zapfen sowie mehr als hundert Millionen Stäbchenzellen, mit denen wir im Dunkeln sehen können. Ein dunkeladaptiertes Stäbchen vermag schon bei Absorption eines einzelnen Photons zu feuern, der kleinsten Quanteneinheit einer elektromagnetischen Welle. Nur sechs dieser Ein-Photon-Signale genügen, damit unser Gehirn einen Lichtblitz wahrnimmt.

Doch für viele Aufgaben sind Augen und handelsübliche Kameras keineswegs ideale Werkzeuge, denn sie entdecken nur Photonen, deren Frequenz im engen optischen Bereich liegt. Außerdem registrieren sie Farben, ohne die Frequenz jedes Photons präzise zu messen.

Hingegen dringen wissenschaftliche und industrielle Fotodetektoren in Wellenbereiche jenseits des sichtbaren Lichts vor, einerseits in den niederfrequenten – das heißt zugleich auch langwelligen und niederenergetischen – Infrarot- und Mikrowellenbereich, andererseits bis zu den hohen Frequenzen der Röntgen- und Gammastrahlung. Doch auch ihre Fähigkeiten sind beschränkt. Insbesondere fehlt bisher ein Detektor für optische Wellenlängen, der ein einzelnes Photon aufzuspüren und dessen Frequenz – und somit seine Energie – einigermaßen exakt zu bestimmen vermag. Die Frequenz des Photons birgt umfassende Auskunft über die Materie, aus der es emittiert wurde.
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Januar 2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Januar 2007

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