科大構建大中華區首個量子光學攝影機
開拓天文物理及宇宙學前沿知識
19-03-2019
香港科技大學(科大)將透過創新手法,以「量子光學」技術構建一款新型天文攝影機,以探測於數十億光年以外原本無法探測的訊號。這台攝影機有助解開天文物理及宇宙的謎團,包括透過分析黑洞附近的光訊號來源和變化以揭示當中的奧秘。

由諾貝爾物理學獎得主、科大賽馬會高等研究院趙氏廷箴懷芳教授喬治.斯穆特所領導,這座攝影機的設計及建造屬科大「宇宙物理及量子光學實驗室」(實驗室)其中一個研究項目。攝影機製成後,將會被移送到位於海拔2,750米的哈薩克Assy Turgen國家天文台,並獲配置在當地的自動化望遠鏡上進行測試。斯穆特教授邀得納扎爾巴耶夫大學、加州大學柏克萊分校以及巴黎大學的研究人員一同參與該計劃。在哈薩克的測試完成後,攝影機將會運送至西班牙加那利群島:一個擁有更清澈夜空的地方,進行主要的研究工作。

斯穆特教授表示,希望實驗室的項目能有助提升香港在天文物理及宇宙學研究方面的實力,他謂﹕「量子光學跟影像學及光譜學有本質上的分別,有潛力為我們提供另一個了解宇宙資訊的渠道。這款攝影機會為天文物理及宇宙學,以至物料研究及量子通訊方面帶來重要影響。同時,我期望這項目會為香港帶來機會,匯聚國際天文物理及宇宙學領袖,共同推進量子天文學邁向新紀元。」

雖然傳統天文望遠鏡可讓我們觀測天文現象,但不能呈現光子(即光的最小單位)的微細活動及內在屬性。而這些光子的資訊,對天文現象的理解及闡釋非常重要。因此科學家近日開始將原先只在粒子物理學才會用到、一種被稱為「矽基光電倍增器」的量子光學技術,應用到天文學範疇上。

透過這種技術,科大將製作出大中華區首部量子光學天文攝影機,用以探測和分析光子的微弱訊號,以及包括其抵達方向、時間、波長與極化等特性。攝影機能夠呈現的空間度與時間資訊量,不但可以讓我們及時監測到很多早於多年前已經出現、但一直成因未明的天文現象,如「快速電波爆發」、白矮星表層的對流活動或毫秒脈衝星等,更有機會助我們探究宇宙於不同時期的環境與狀態。

斯穆特教授於2016年加入科大,是一名觀測天文物理學及宇宙學的專家。他因發現宇宙微波背景輻射的黑體性質和各向異性,而與約翰·馬瑟教授於2006年共同獲頒諾貝爾物理學獎。

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喬治.斯穆特教授(右一)及其學生

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科大賽馬會高等研究院署理院長戴自海教授(左一)、理學院院長汪揚教授(左二)、物理學系主任童彭爾教授(右二)及物理學系助理教授王一(右一)見證宇宙物理及量子光學實驗室的成立。

科大賽馬會高等研究院署理院長戴自海教授(左一)、理學院院長汪揚教授(左二)、物理學系主任童彭爾教授(右二)及物理學系助理教授王一(右一)見證宇宙物理及量子光學實驗室的成立。

 

攝影機將於實驗室中的無塵室組裝,該環境的污染物控制水平與手術室無異。

攝影機將於實驗室中的無塵室組裝,該環境的污染物控制水平與手術室無異。

 

矽基光電倍增器

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