İleri teknolojinin ardındaki muhteşem aynalar

Şili’nin kuru Atacama Çölü’ndeki bir dağın tepesinde, Avrupa Uzay Gözlemevi şu anda dünyanın en büyük optik teleskopunu inşa ediyor.

Bir isim seçerken hiç vakit kaybetmedik; buna Son Derece Dev Teleskop veya ELT adı verilecek.

Bunun yerine, 2028’de görüntü toplamaya başlaması beklenen ve büyük olasılıkla evrene dair anlayışımızı genişletecek olan “dünyanın gökyüzündeki en büyük gözünün” tasarlanmasına ve inşasına büyük miktarda enerji harcandı.

Şimdiye kadar yapılmış en gelişmiş aynalardan bazıları olmadan bunların hiçbiri mümkün olamazdı.

Dr. Elise Vernet, ESO’da uyarlanabilir optik uzmanıdır ve ışığı toplayacak ve onu teleskobun ölçüm ekipmanına iletecek beş dev aynanın geliştirilmesini denetlemiştir.

ELT’nin özel aynalarının her biri bir optik tasarım harikasıdır.

Dr. Vernet, 14 fitlik (4,25 m) M2 dışbükey aynayı bir “sanat eseri” olarak tanımlıyor.

Ancak belki de M1 ve M4 aynaları gereken karmaşıklık ve hassasiyet düzeyini en iyi şekilde ifade ediyor.

M1 birincil aynası, bir optik teleskop için şimdiye kadar yapılmış en büyük aynadır.

“39 milyon.” [128ft] Çap olarak aşağıdakilerden oluşur: [798] Dr. Vernet, “Ayna, mükemmel bir homojen ayna gibi davranacak şekilde sıralanmış altıgen parçalardan oluşuyor” diyor.

M1, insan gözünden 100 milyon kat daha fazla ışık toplayacak ve insan saçından 10.000 kat daha ince bir doğruluk düzeyinde konum ve şekli koruyabilecek.

M4 aynası şimdiye kadar yapılmış en büyük deforme olabilir aynadır ve atmosferik türbülansı ve teleskopun görüntüleri bozabilecek titreşimlerini düzeltmek için şeklini saniyede 1000 kez değiştirebilecektir.

Esnek yüzeyi, kalınlığı 2 mm’den (0,075 inç) daha az olan altı adet cam seramik malzemeden oluşan yapraktan oluşur.

Yapraklar Almanya’nın Mainz kentindeki Schott tarafından üretildi, ardından Paris dışındaki mühendislik firması Safran Reosc’a gönderildi, burada cilalanıp mükemmel aynaya dönüştürüldü.

Beş aynanın üretim süreci tamamlanmak üzere ve yakında kurulum için Şili’ye nakledilecek.

Bu devasa aynalar evrenin ışığını yakalamak için kullanılacak olsa da, ESO’nun Garching’deki Max Planck Kuantum Optiği Enstitüsü’ndeki komşuları, hayal edilebilecek en küçük ölçeklerde çalışan bir kuantum aynası yarattılar.

2020 yılında bir araştırma ekibi, 200 hizalanmış atomdan oluşan tek bir katmanın kolektif olarak ışığı yansıtacak şekilde hareket etmesini sağlayarak çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük bir ayna oluşturmayı başardı.

2023 yılında, atomların şeffaf mı yoksa yansıtıcı mı olduğunu kontrol etmek için kullanılabilecek bir “kuantum anahtarı” oluşturmak için dizinin merkezine mikroskobik olarak kontrol edilen tek bir atom yerleştirmeyi başardılar.

“Teorisyenlerin öngördüğü ve bizim de deneysel olarak gözlemlediğimiz şey, bu organize yapılarda, bir fotonun bir kez soğurulup yeniden yayıldığı, aslında yayıldığıdır. [in one predictable] Enstitüde doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Pascal Weckiser, “Bu bir ayna, onu ayna yapan da bu” diyor.

Bir atomdan yansıyan ışığın yönünü kontrol etme yeteneği, örneğin bilgi depolamak ve iletmek için hacklenmeyen kuantum ağları gibi bir dizi kuantum teknolojisinde gelecekte uygulamalara sahip olabilir.

Kuzeybatıda, Stuttgart yakınlarındaki Oberkochen’de Zeiss, başka bir olağanüstü özelliğe sahip aynalar üretiyor.

Optik şirketi, aşırı ultraviyole baskı makineleri veya EUV’ler olarak adlandırılan, bilgisayar çiplerini basan makinelerde önemli bir bileşen haline gelen son derece düz bir ayna geliştirmek için yıllarını harcadı.

Hollandalı ASML şirketi, Zeiss aynalarının temel bileşeni olduğu EUV’lerin dünyanın önde gelen üreticisidir.

Zeiss EUV aynaları, ışığı çok küçük dalga boylarında yansıtarak küçük ölçekte görüntü netliği sağlayabilir, böylece silikon levhanın aynı alanına giderek daha fazla transistör basılabilir.

Düz aynaların nasıl olduğunu göstermek için Zeiss yarı iletken üretim başkanı Dr. Frank Rohmond topografik bir benzetme kullanıyor.

“Evdeki bir aynayı alıp Almanya boyutuna büyütseniz, uzay aynasında en yüksek yükseklik noktası 5 metre olur. [as in the James Webb Space Telescope]2cm olacak [0.75in]”Bir EUV aynasında bu 0,1 mm olacaktır” diye açıkladı.

Yine Zeiss tarafından üretilen, ayna konumunu kontrol eden sistemlerle birleştirilen bu ultra pürüzsüz ayna yüzeyi, ışığın Dünya yüzeyindeki bir EUV aynasından yansıtılmasına ve Ay’da bir golf topunun alınmasına eşdeğer bir hassasiyet düzeyi sağlıyor.

Bu aynalar zaten aşırı görünse de, Zeiss’in daha güçlü bilgisayar çipleri üretmeye yardımcı olmak için bunları geliştirme planları var.

“Aşırı ultraviyole radyasyonu nasıl daha da geliştirebileceğimize dair fikirlerimiz var. 2030 yılına kadar hedefimiz trilyon transistörlü bir mikroçipe sahip olmak. Bugün yüz milyar transistöre ulaşmış olabiliriz.”

Zeiss’in mevcut nesil çip üretim makinelerinden neredeyse üç kat daha fazla yapının aynı alana basılmasına olanak sağlayan en son teknolojisi sayesinde bu hedefe ulaşmaya bir adım daha yaklaştık.

Dr. Rohmond, “Yarı iletken endüstrisi, çözüme katkıda bulunan tüm oyunculara destek sağlayan güçlü ve baskın bir yol haritasına sahip” diyor ve ekliyor: “Bu sayede günümüzde yapay gibi şeylere izin veren mikroçiplerin üretimi konusunda ilerleme kaydedebiliyoruz. “Yıllar” önce bile hayal bile edilemeyecek bir zeka.

Önümüzdeki on yıl içinde insanlığın ne anlayacağı ve neler yapabileceği henüz belli değil ama bizi oraya götürecek teknolojilerin merkezinde aynaların yer alacağına şüphe yok.