Los espejos alucinantes detrás de la tecnología avanzada
En lo alto de una montaña, en el árido desierto de Atacama de Chile, el Observatorio Espacial Europeo (ESO) está construyendo actualmente el telescopio óptico más grande del mundo.
No se perdió tiempo en elegir un nombre: se llamará Extremely Large Telescope o ELT.
En lugar de ello, se ha invertido una enorme cantidad de energía en diseñar y construir “el ojo más grande del mundo en el cielo”, que debería empezar a recoger imágenes en 2028 y es muy probable que amplíe nuestra comprensión del universo.
Nada de eso sería posible sin algunos de los espejos más avanzados jamás fabricados.
La Dra. Elise Vernet es especialista en óptica adaptativa en ESO y ha estado supervisando el desarrollo de los cinco espejos gigantes que recogerán y canalizarán la luz hacia el equipo de medición del telescopio.
Cada uno de los espejos personalizados de ELT es una proeza de diseño óptico.
El Dr. Vernet describe el espejo convexo M2 de 14 pies (4,25 m) como “una obra de arte”.
Pero quizás los espejos M1 y M4 expresen mejor el nivel de complejidad y precisión requerido.
El espejo primario, M1, es el espejo más grande jamás construido para un telescopio óptico.
“Son 39m [128ft] de diámetro, compuesto de [798] “Segmentos de espejo hexagonales, alineados de manera que se comportan como un espejo monolítico perfecto”, explica el Dr. Vernet.
M1 recogerá 100 millones de veces más luz que el ojo humano y deberá ser capaz de mantener la posición y la forma con un nivel de precisión 10.000 veces más fino que un cabello humano.
El M4 es el espejo deformable más grande jamás construido y podrá cambiar de forma 1.000 veces por segundo para corregir la turbulencia atmosférica y las vibraciones del propio telescopio que de otro modo podrían distorsionar las imágenes.
Su superficie flexible está formada por seis pétalos de un material vitrocerámico de menos de 2 mm (0,075 pulgadas) de espesor.
Los pétalos fueron fabricados por Schott en Maguncia, Alemania, y luego enviados a la empresa de ingeniería Safran Reosc en las afueras de París, donde fueron pulidos y ensamblados para formar el espejo completo.
Los cinco espejos están casi terminados y pronto serán transportados a Chile para su instalación.
Aunque estos enormes espejos se utilizarán para capturar la luz del cosmos, los vecinos de ESO en Garching, en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, han creado un espejo cuántico para operar en las escalas más pequeñas imaginables.
En 2020, un equipo de investigación logró hacer que una sola capa de 200 átomos alineados se comportaran colectivamente para reflejar la luz, creando efectivamente un espejo tan pequeño que no puede verse a simple vista.
En 2023, lograron colocar un solo átomo controlado microscópicamente en el centro de la matriz para crear un “interruptor cuántico” que puede usarse para controlar si los átomos son transparentes o reflectantes.
“Lo que predijeron los teóricos, y lo observamos experimentalmente, es que en estas estructuras ordenadas, una vez que se absorbe un fotón y se vuelve a emitir, en realidad se emite [in one predictable] “Este tipo de visión es una dirección y esto es lo que la convierte en un espejo”, afirma el Dr. Pascal Weckesser, investigador postdoctoral del instituto.
Esta capacidad de controlar la dirección de la luz reflejada por los átomos podría tener aplicaciones futuras en una serie de tecnologías cuánticas como, por ejemplo, redes cuánticas a prueba de piratas informáticos para almacenar y transmitir información.
Más al noroeste, en Oberkochen, cerca de Stuttgart, Zeiss fabrica espejos con otra propiedad extrema.
La empresa óptica pasó años desarrollando un espejo ultraplano que se ha convertido en un componente clave en las máquinas que imprimen chips de computadora, llamadas máquinas de litografía ultravioleta extrema o EUV.
La empresa holandesa ASML es el principal fabricante mundial de EUV, y los espejos Zeiss son un componente esencial de ellos.
Los espejos EUV de Zeiss pueden reflejar la luz en longitudes de onda muy pequeñas, lo que permite una claridad de imagen a una escala minúscula, de modo que se pueden imprimir cada vez más transistores en la misma área de oblea de silicio.
Para explicar lo planos que son los espejos, el Dr. Frank Rohmund, presidente de óptica de fabricación de semiconductores en Zeiss, utiliza una analogía topográfica.
“Si tomaras un espejo doméstico y lo agrandaras hasta el tamaño de Alemania, el punto de elevación más alto estaría a 5 m. En un espejo espacial [as in the James Webb Space Telescope]Serían 2cm [0.75in]En un espejo EUV, sería de 0,1 mm”, explica.
Esta superficie de espejo ultra suave combinada con sistemas que controlan la posición del espejo, también fabricados por Zeiss, produce un nivel de precisión equivalente a rebotar la luz en un espejo EUV en la superficie de la Tierra y a detectar una pelota de golf en la Luna.
Si bien esos espejos pueden parecer extremos, Zeiss tiene planes de mejora para ayudar a fabricar chips de computadora aún más potentes.
“Tenemos ideas sobre cómo seguir desarrollando la tecnología EUV. Para 2030, el objetivo es tener un microchip con un billón de transistores. Hoy, tal vez tengamos cien mil millones”.
Ese objetivo se acercó más con la última tecnología de Zeiss, que permite la impresión de aproximadamente tres veces más estructuras en la misma área que la generación actual de máquinas para fabricar chips.
“La industria de semiconductores tiene una hoja de ruta sólida y dominante que marca el ritmo de todos los actores que contribuyen a la solución. Con esto, podemos lograr avances en términos de fabricación de microchips que hoy permiten cosas como la inteligencia artificial que eran impensables incluso hace diez años”, afirma el Dr. Rohmund.
Todavía queda por ver qué comprenderá y será capaz de hacer la humanidad dentro de diez años, pero sin duda los espejos estarán en el centro de las tecnologías que nos lleven allí.