Раздевающее излучение: будущее аэропортовых детекторов

Ни для кого не секрет, что основным двигателем науки являются человеческие пороки. Например, желание истреблять себе подобных дало мощный толчок развитию металлургии, ядерной физики, ракетной техники, да и не только им.

Ни для кого не секрет, что основным двигателем науки являются человеческие пороки. Например, желание истреблять себе подобных дало мощный толчок развитию металлургии, ядерной физики, ракетной техники, да и не только им. Если рассматривать развитие науки под таким углом, то прогрессу в исследованиях терагерцовых волн мы обязаны лично Усаме бен Ладену и прочим, известным и безымянным бойцам террористического фронта. Беспрецедентные меры безопасности, принятые после терактов 11 сентября, создали мощный спрос на сканирующие системы, основанные на волнах терагерцового диапазона. Спровоцированный же этим спросом рост технологий позволил ученым проникнуть в новую область, куда раньше вход был практически воспрещен.

Терагерцовый диапазон лежит между инфракрасным (тепло от нагретого тела, длина волны – единицы и десятки микрон) и микроволновым (СВЧ, Wi–Fi, мобильная связь, длина волны – сантиметры). В этой области притаилось таинственное терагерцовое излучение, работа с которым возможна лишь при помощи сложнейшего инженерного оборудования. Штука в том, что большинство материалов не дают на него отклика, который можно было бы преобразовать в электрический сигнал. Терагерцовые волны хорошо отражаются металлами, в зависимости от частоты – отражаются или поглощаются водой и при этом проходят насквозь большинство диэлектриков. Но создавать и детектировать их сложно и дорого.

Раздеть до эпидермиса

Способность терагерцовых волн отражаться от воды позволяет визуализировать состоящие из воды объекты. Такие, например, как читатели этой статьи. Причем одежда и прочие твердые предметы излучению не помеха. Так, оно достаточно свободно проходит через джинсы, рубашку, белье и даже гипсокартонную стену. Поэтому портрет в терагерцовом свете выглядит приблизительно как человек, с которого сняли одежду и кожу. Если под одеждой не была спрятана грелка.

Первые терагерцовые детекторы в аэропортах так и работали, показывая обнаженных пассажиров во всей красе (или некрасе).

Продолжалось это безобразие, пока возмущенные граждане не придали дело огласке. Не всем им понравилось представать перед пограничниками раздетыми до эпидермиса и жировой ткани. В какой-то момент в продаже появились даже специальные накладки для полетов, непрозрачные для терагерцовых сканеров, которые можно вставить внутрь нижнего белья.

Секьюрити устыдились и сканированное изображение сделали достаточно символичным. Сегодня оно может выглядеть примерно так:

Как раскрасить терагерцовую картинку

Еще в советское время для волн терагерцового диапазона были построены излучатели и детекторы. Однако их качество, то есть динамический диапазон и разрешающая способность, до сих пор оставляло желать лучшего. Приводя аналогию с волнами видимого цвета, вместо персиковой блузки вам могут подсунуть розовую, а вы своим зрением не сможете определить разницу (ряд моих знакомых утверждает, что ее и правда нет, но наука их не поддерживает). Поэтому до сегодняшнего дня получающиеся в терагерцовом «свете» картинки были четкие, но бесцветные, и мы видели не сам объект, но лишь его тень. Умение видеть в цвете обусловлено спектральным разрешением, способностью различать электромагнитные волны близкой частоты, например, зеленые от салатовых или оранжевые от красных.

Недавно корреспонденту Slon довелось побывать на Бостонской конференции по сверхпроводниковой электронике, где международная команда Юрия Дивина из Peter Grünberg Institute представила первый терагерцовый спектральный детектор из высокотемпературных сверхпроводников с разрешающей способностью 1/1000. Подобная точность куда выше, чем у предыдущих аналогов, и она позволила получать изображения недоступного доселе качества. Что же увидели ученые, раскрасив терагерцовый мир красками? Помимо прочего, то, что различные жидкости по-разному отражают терагерцовые волны разной частоты. Сделав частотный анализ отраженной картины, можно определить «цвет» анализируемой жидкости, а цветом часто определяется и состав. В частности, можно легко отличать спирт, воду и их смесь от ацетона и перекиси водорода.