NWO-beurs voor detectie individuele lichtdeeltjes van exoplaneten

Detectie van individuele fotonen is geen overbodige luxe bij het observeren van exoplaneten. Exoplaneten staan zo ver weg dat het meerdere seconden kan duren voordat een telescoop überhaupt een enkel lichtdeeltje opvangt. Ter vergelijking: op een meter afstand vang je met je oog biljoenen lichtdeeltjes per seconde op van een doorsnee gloeilamp. Omdat MKIDs ook de energie van elk foton meten, geven ze uiteindelijk het spectrum van een exoplaneet. Daar kunnen we uit aflezen welke stoffen in een atmosfeer aanwezig zijn. De ontdekking van bijvoorbeeld zuurstof, water of methaan zou interessant zijn in de zoektocht naar buitenaards leven.

Bij SRON ontwikkelt De Visser zijn detectoren voor mid-infrarood golflengtes wegens ESA’s kandidaat-ruimtemissie LIFE. Als die groen licht krijgt, zal het de eerste interferometer voor exoplaneten zijn. Vier geschakelde ruimtetelescopen kijken dan gezamenlijk in het infrarood naar dezelfde planeet. MKID is de enige detectietechnologie die op de golflengtes van LIFE genoeg fotonen meet om duidelijke spectra van exoplaneten te genereren. Bij andere technieken is de ruis hoger dan het daadwerkelijke signaal van de planeet.

Microwave Kinetic Inductance Detectors, kortweg MKIDs, werken op basis van het natuurkundige verschijnsel supergeleiding. Sommige materialen verliezen hun elektrische weerstand bij temperaturen nabij het absolute nulpunt. De meeste elektronen vormen dan paren, waardoor ze de intrinsieke weerstand van het materiaal omzeilen. Een wisselstroom versnelt en vertraagt elektronen, wat meer moeite kost voor losse elektronen dan voor paren. Natuurkundigen spreken dan van respectievelijk hoge en lage kinetische inductie.

Wanneer een foton vanaf een exoplaneet op een supergeleidende MKID invalt, baant die energie zich als een waterval door het materiaal, waardoor duizenden elektronparen opbreken. Een lagere dichtheid paren betekent een hogere kinetische inductie. Een MKID meet continu de kinetische inductie in zijn materiaal, zodat een invallend foton direct wordt opgemerkt. De energie van dat foton is af te lezen uit hoeveel de kinetische inductie plots toeneemt.

NWO’s Open Competitie ENW-M1 beurs geeft De Visser de beschikking over een postdoc voor drie jaar plus ondersteuning van een cleanroom-engineer.