Attraper la lumière particule par particule, c'est comme entendre un murmure dans un atelier assourdissant. La caméra à multiplication d'électrons (EMCCD) en est capable : un photon unique qui atteint un pixel est transformé en avalanche d'électrons, mesurable ensuite. Ces caméras équipent les télescopes pour distinguer une planète à peine visible à côté d'une étoile éblouissante.
Mais l'avalanche a un prix. Lorsqu'un électron traverse l'amplificateur, il peut générer des électrons parasites de manière aléatoire — comme si, dans un couloir silencieux, quelqu'un toussait et que cette toux était prise pour une voix. Ce bruit s'appelle le bruit de charge induit par les impulsions d'horloge, et plus le gain est élevé, plus il se produit souvent. Dans cette nouvelle étude, l'auteur a réécrit le programme qui simule le fonctionnement de cette caméra pour le futur télescope spatial « Roman ».
Désormais, le programme calcule le gain avec précision, comme si on lançait une pièce pour chaque électron : se multipliera-t-il ou non ? Cela permettra de mieux séparer la vraie lumière du bruit et de régler plus finement la caméra avant le lancement du télescope.
Un photon de lumière visible transporte une énergie d'environ quelques électron-volts, mais la caméra à multiplication d'électrons peut amplifier le signal qui en résulte des milliers de fois, le transformant en une impulsion électrique mesurable.
Dans le roman « Solaris » de Stanislas Lem, l'océan de la planète réagit aux moindres variations, et ici la caméra réagit à des photons uniques — une sensibilité à la limite du possible.