En lo alto de una montaña, en Chile seco hueso desierto de Atacama el Observatorio Europeo Austral (ESO) está construyendo actualmente el telescopio óptico más grande del mundo.
No se perdió tiempo en elegir un nombre - se llamará el Telescopio Extremadamente Grande o ELT.
En cambio, la enorme energía ha ido a diseñar y construir “el ojo más grande del mundo en el cielo”, que debería comenzar 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 realizados.
La Dra. Elise Vernet es especialista en óptica adaptativa en ESO y ha estado supervisando el desarrollo de los cinco espejos gigantes que reunirán y canalizarán la luz al equipo de medición del telescopio.
Cada uno de los espejos personalizados del ELT es una hazaña de diseño óptico.
El Dr. Vernet describe el espejo convexo M2 de 14 pies (4.25m) 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 hecho para un telescopio óptico.
“Tiene 39 metros de diámetro, formados por [798] segmentos hexagonales de espejo, alineados para que se comporte como un espejo monolítico perfecto”, dice el Dr. Vernet.
M1 recogerá 100 millones de veces más luz que el ojo humano y debe ser capaz de mantener la posición y la forma a un nivel de precisión 10.000 veces más fino que un cabello humano.
El M4 es el espejo deformable más grande jamás hecho y será capaz de cambiar de forma 1.000 veces por segundo para corregir las turbulencias atmosféricas 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 de cerámica acristalada de menos de 2 mm de espesor (0,075in).
Los pétalos fueron hechos por Schott en Maguncia, Alemania, y luego enviados a la firma de ingeniería Safran Reosc a las afueras de París, donde fueron pulidos y ensamblados en el espejo completo.
Los cinco espejos están a punto de terminarse y pronto serán transportados a Chile para su instalación.
Mientras que estos enormes espejos se utilizarán para capturar la luz del cosmos, los vecinos de ESO en Garching, en el Instituto Max Planck para Óptica Cuántica, han creado un espejo cuántico para operar a las escalas más pequeñas imaginables.
En 2020, un equipo de investigación fue capaz de hacer que una sola capa de 200 átomos alineados se comporten colectivamente para reflejar la luz, creando efectivamente un espejo tan pequeño que no puede ser visto a simple vista.
En 2023, lograron colocar un solo átomo controlado microscópicamente en el centro de la matriz para crear un “conmutador cuántico” que se puede utilizar para controlar si los átomos son transparentes o reflectantes.
“Lo que los teóricos predijeron, y lo observamos experimentalmente, es que en estas estructuras ordenadas, una vez que se absorbe un fotón y se vuelve a emitir, es realmente emitido [en una dirección predecible] y esto es lo que lo convierte en un espejo”, dice el Dr. Pascal Weckesser, investigador postdoctoral del instituto.
Esta capacidad de controlar la dirección de la luz reflejada en átomos podría tener aplicaciones futuras en una serie de tecnologías cuánticas como, por ejemplo, redes cuánticas a prueba de hackeos para almacenar y transmitir información.
Más al noroeste de Oberkochen, cerca de Stuttgart, Zeiss está fabricando espejos con otra propiedad extrema.
La empresa de 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 EUVs.
La compañía holandesa ASML es el fabricante líder mundial de EUVs, y los espejos Zeiss son un componente esencial de ellos.
Los espejos EUV de Zeiss pueden reflejar la luz a longitudes de onda muy pequeñas, lo que permite una claridad de imagen a pequeña escala, por lo que cada vez se pueden imprimir más transistores en la misma zona de la oblea de silicio.
Para explicar lo planos que son los espejos, el Dr. Frank Rohmund, presidente de la fabricación de semiconductores ópticos en Zeiss, utiliza una analogía topográfica.
“Si tomaras un espejo doméstico y lo volaras hasta el tamaño de Alemania, el punto de elevación más alto sería de 5m.
En un espejo espacial [como en el telescopio espacial James Webb], sería de 2cm [0.75in].
En un espejo de EUV, sería 0,1 mm”, explica.
Esta superficie de espejo ultra suave combinada con sistemas que controlan el posicionamiento del espejo, también hecho por Zeiss, dan un nivel de precisión equivalente a rebotar luz de un espejo de la EUV en la superficie de la Tierra y recoger una pelota de golf en la luna.
Aunque esos espejos ya pueden sonar extremos, Zeiss tiene planes para mejorar, para ayudar a hacer chips de computadora aún más potentes.
“Tenemos ideas sobre cómo desarrollar aún más la VUE.
Para 2030, el objetivo es tener un microchip con un billón de transistores.
Hoy en día, estamos tal vez en cien mil millones.” Ese objetivo se acercó a la última tecnología de Zeiss, que permite la impresión de unas tres veces más estructuras en el mismo área que la actual generación de máquinas de fabricación de chips.
“La industria de semiconductores tiene esta hoja de ruta fuerte dominante que proporciona un ritmo de batería para todos los jugadores que contribuyen a la solución.
Con esto, somos capaces de proporcionar progreso en términos de fabricación de microchips que hoy permite cosas como la inteligencia artificial que eran impensables incluso hace diez años”, dice el Dr. Rohmund.
Lo que la humanidad entenderá y será capaz de hacer en diez años está por verse, pero los espejos estarán sin duda en el corazón de las tecnologías que nos llevan allí.