Os espelhos alucinantes por trás da tecnologia avançada #ÚltimasNotícias

No alto de uma montanha, no deserto árido do Atacama, no Chile, o Observatório Europeu do Sul (ESO) está atualmente construindo o maior telescópio óptico do mundo.

Não perdemos tempo escolhendo um nome: ele será chamado de Telescópio Extremamente Grande ou ELT.

Em vez disso, uma enorme energia foi investida no projeto e na construção do “maior olho do mundo no céu”, que deve começar a coletar imagens em 2028 e provavelmente expandirá nossa compreensão do universo.

Nada disso seria possível sem alguns dos espelhos mais avançados já feitos.

A Dra. Elise Vernet é especialista em óptica adaptativa no ESO e supervisiona o desenvolvimento dos cinco espelhos gigantes que coletarão e canalizarão a luz para o equipamento de medição do telescópio.

Cada um dos espelhos personalizados do ELT é uma proeza de design óptico.

O Dr. Vernet descreve o espelho convexo M2 de 14 pés (4,25 m) como “uma obra de arte”.

Mas talvez os espelhos M1 e M4 expressem melhor o nível de complexidade e precisão necessários.

O espelho primário, M1, é o maior espelho já feito para um telescópio óptico.

“São 39m [128ft] de diâmetro, constituído por [798] segmentos de espelho hexagonais, alinhados de modo que se comportem como um espelho monolítico perfeito”, diz o Dr. Vernet.

O M1 coletará 100 milhões de vezes mais luz que o olho humano e deve ser capaz de manter a posição e a forma com um nível de precisão 10.000 vezes maior que um fio de cabelo humano.

O M4 é o maior espelho deformável já feito e será capaz de mudar de forma 1.000 vezes por segundo para corrigir a turbulência atmosférica e as vibrações do próprio telescópio, que poderiam distorcer as imagens.

Sua superfície flexível é composta por seis pétalas de um material vitrocerâmico com menos de 2 mm (0,075 pol.) de espessura.

As pétalas foram feitas por Schott em Mainz, Alemanha, e depois enviadas para a empresa de engenharia Safran Reosc, nos arredores de Paris, onde foram polidas e montadas no espelho completo.

Todos os cinco espelhos estão quase prontos e em breve serão transportados para o Chile para instalação.

Embora esses enormes espelhos sejam usados ​​para capturar a luz do cosmos, os vizinhos do ESO em Garching, no Instituto Max Planck de Óptica Quântica, criaram um espelho quântico para operar nas menores escalas imagináveis.

Em 2020, uma equipe de pesquisa conseguiu fazer com que uma única camada de 200 átomos alinhados se comportasse coletivamente para refletir a luz, criando efetivamente um espelho tão pequeno que não pode ser visto a olho nu.

Em 2023, eles conseguiram colocar um único átomo controlado microscopicamente no centro da matriz para criar um “interruptor quântico” que pode ser usado para controlar se os átomos são transparentes ou reflexivos.

“O que os teóricos previram, e nós observamos isso experimentalmente, é que nessas estruturas ordenadas, uma vez que você absorve um fóton e ele é reemitido, ele é realmente emitido [in one predictable] direção e é isso que o torna um espelho”, diz o Dr. Pascal Weckesser, pesquisador de pós-doutorado no instituto.

Essa capacidade de controlar a direção da luz refletida pelo átomo pode ter aplicações futuras em diversas tecnologias quânticas, como, por exemplo, redes quânticas à prova de hackers para armazenar e transmitir informações.

Mais ao noroeste, em Oberkochen, perto de Stuttgart, espelhos com outra propriedade extrema estão sendo feitos pela Zeiss.

A empresa de ótica passou anos desenvolvendo um espelho ultraplano que se tornou um componente essencial nas máquinas que imprimem chips de computador, chamadas de máquinas de litografia ultravioleta extrema, ou EUVs.

A empresa holandesa ASML é a maior fabricante mundial de EUVs, e os espelhos Zeiss são um componente essencial deles.

Os espelhos EUV da Zeiss podem refletir luz em comprimentos de onda muito pequenos, o que permite clareza de imagem em uma escala minúscula, de modo que mais e mais transistores podem ser impressos na mesma área do wafer de silício.

Para explicar o quão planos os espelhos são, o Dr. Frank Rohmund, presidente de óptica de fabricação de semicondutores da Zeiss, usa uma analogia topográfica.

“Se você pegasse um espelho doméstico e o ampliasse para o tamanho da Alemanha, o ponto de elevação mais alto seria 5m. Em um espelho espacial [as in the James Webb Space Telescope]seriam 2cm [0.75in]. Em um espelho EUV, seria 0,1 mm”, explica ele.

Essa superfície de espelho ultralisa, combinada com sistemas que controlam o posicionamento do espelho, também fabricados pela Zeiss, produz um nível de precisão equivalente à reflexão da luz de um espelho EUV na superfície da Terra e à detecção de uma bola de golfe na Lua.

Embora esses espelhos possam parecer extremos, a Zeiss tem planos de melhorias para ajudar a fabricar chips de computador ainda mais potentes.

“Temos ideias sobre como desenvolver EUV ainda mais. Até 2030, a meta é ter um microchip com um trilhão de transistores. Hoje, estamos talvez em cem bilhões.”

Esse objetivo ficou mais próximo com a mais recente tecnologia da Zeiss, que permite a impressão de cerca de três vezes mais estruturas na mesma área do que a geração atual de máquinas de fabricação de chips.

“A indústria de semicondutores tem esse roteiro forte e dominante que fornece um ritmo para todos os participantes que contribuem para a solução. Com isso, somos capazes de fornecer progresso em termos de fabricação de microchips, que hoje permite coisas como inteligência artificial, que eram impensáveis ​​até dez anos atrás”, diz o Dr. Rohmund.

O que a humanidade entenderá e será capaz de fazer em dez anos ainda está para ser visto, mas os espelhos sem dúvida estarão no centro das tecnologias que nos levarão até lá.