Cómo funcionarán los megaespejos del mayor telescopio óptico del mundo que se construye en Chile (y cómo esta tecnología está revolucionando la ciencia)

En lo alto de una montaña, en el árido desierto chileno de Atacama, el Observatorio Europeo Austral (ESO) está construyendo el mayor telescopio óptico del mundo.

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No han perdido mucho tiempo en elegir un nombre: se llamará Telescopio Extremadamente Grande o ELT (Extremely Large Telescope, en inglés).

Se ha invertido una enorme energía en diseñar y construir “el mayor ojo del mundo en el cielo”, que debería empezar a registrar imágenes en 2028 y que muy probablemente ampliará nuestra comprensión del universo.

Nada de esto sería posible sin algunos de los espejos más avanzados jamás fabricados.

La doctora 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 a medida del ELT es una proeza del diseño óptico.

Vernet describe el espejo convexo M2 de 4,25 m como “una obra de arte”.

Pero quizá sean los espejos M1 y M4 los que mejor expresan el nivel de complejidad y precisión requerido.

El espejo primario, el M1, es el más grande jamás fabricado para un telescopio óptico.

“Mide 39 m de diámetro y está formado por 798 segmentos hexagonales alineados de forma que se comporta como un espejo monolítico perfecto”, explica Vernet.

El M1 captará 100 millones de veces más luz que el ojo humano y deberá ser capaz de mantener su posición y forma con una precisión 10.000 veces superior a la de un cabello humano.

El M4 es el mayor espejo deformable jamás fabricado y podrá 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 vitrocerámico de menos de 2 mm de grosor.

Los pétalos fueron fabricados por Schott en Maguncia (Alemania) y enviados a la empresa de ingeniería Safran Reosc, a las afueras de París, donde se pulieron y ensamblaron para formar el espejo completo.

Los cinco espejos están casi terminados y pronto serán transportados a Chile para su instalación.

Un espejo cuántico

Mientras que estos enormes espejos se utilizarán para captar la luz del cosmos, los colegas del ESO en Garching, Alemania, en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, han creado un espejo cuántico para operar a las escalas más diminutas imaginables.

En 2020, un equipo de investigadores fue capaz de hacer que una sola capa de 200 átomos alineados se comportara colectivamente para reflejar la luz, creando efectivamente un espejo tan pequeño que no se puede ver a simple vista.

En 2023, lograron colocar un único átomo controlado microscópicamente en el centro del conjunto para crear un “interruptor cuántico” que puede utilizarse para controlar si los átomos son transparentes o reflectantes.

“Lo que los teóricos predijeron, y nosotros observamos experimentalmente, es que en estas estructuras ordenadas, una vez que se absorbe un fotón y se vuelve a emitir, en realidad se emite [en una dirección predecible] y esto es lo que lo convierte en un espejo”, explica el doctor Pascal Weckesser, investigador postdoctoral del instituto.

Esta capacidad de controlar la dirección de la luz reflejada por los átomos podría tener aplicaciones futuras en diversas tecnologías cuánticas como, por ejemplo, redes cuánticas a prueba de piratas informáticos para almacenar y transmitir información.

El espejo ultraplano

Más al noroeste, en Oberkochen, cerca de Stuttgart (Alemania), Zeiss fabrica espejos con otra propiedad extrema.

La empresa de óptica lleva años desarrollando un espejo ultraplano que se ha convertido en un componente clave de las máquinas que imprimen chips informáticos, llamadas máquinas de litografía ultravioleta extrema, o EUV.

La empresa holandesa ASML es el principal fabricante mundial de EUV, y los espejos de Zeiss son un componente esencial de las mismas.

Los espejos EUV de Zeiss pueden reflejar la luz en longitudes de onda muy pequeñas, lo que permite una claridad de imagen a escala diminuta, de modo que se pueden imprimir cada vez más transistores en la misma superficie de oblea de silicio.

Esta superficie de espejo ultrasuave, combinada con los sistemas que controlan la posición del espejo, también fabricados por Zeiss, proporcionan un nivel de precisión equivalente a hacer rebotar la luz en un espejo EUV en la superficie de la Tierra y distinguir una pelota de golf en la Luna.

Aunque esos espejos puedan parecer ya extremos, Zeiss tiene planes de mejora para ayudar a fabricar chips informáticos aún más potentes.

"Tenemos ideas sobre cómo seguir desarrollando las EUV. Para 2030, el objetivo es tener un microchip con un billón de transistores. Hoy, quizá estemos en los 100.000 millones".

Ese objetivo está más cerca con la última tecnología de Zeiss, que permite imprimir unas tres veces más estructuras en la misma superficie que la actual generación de máquinas de fabricación de chips.

"La industria de los semiconductores tiene esta hoja de ruta dominante y fuerte que proporciona un ritmo de tambores para todos los actores que contribuyen a la solución. Gracias a ella, somos capaces de ofrecer avances en la fabricación de microchips que hoy permiten cosas como la inteligencia artificial, impensables incluso hace diez años", afirma el doctor Rohmund.

Lo que la humanidad comprenderá y será capaz de hacer dentro de diez años está por ver, pero los espejos estarán sin duda en el corazón de las tecnologías que nos lleven hasta allí.

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