نظارات مذهلة وراء التكنولوجيا المتقدمة

على قمة جبل في صحراء أتاكاما الجافة في تشيلي، يقوم مركز أبحاث الفضاء الأوروبي (ESO) حاليًا ببناء أكبر تلسكوب بصري في العالم.

لم يضيع أي وقت في اختيار الاسم، فهو يسمى التلسكوب الكبير جدًا، أو ELT.

وبدلا من ذلك، تم إنفاق طاقة هائلة على تصميم وبناء “أكبر عين في السماء في العالم”، والتي ستبدأ في جمع الصور في عام 2028 وتوسيع فهمنا للكون.

لن يكون أي من ذلك ممكنًا بدون بعض النظارات الأكثر تقدمًا على الإطلاق.

الدكتورة إليز فيرنت هي متخصصة في البصريات التكيفية في ESO وتشرف على تطوير خمس مرايا عملاقة تجمع وتنقل الضوء إلى أدوات القياس الخاصة بالتلسكوب.

تعتبر كل نظارات ELT المخصصة بمثابة تصميم بصري رائع.

ويصف الدكتور فيرنت مرآة M2 المحدبة التي يبلغ طولها 14 قدمًا (4.25 مترًا) بأنها “قطعة فنية”.

لكن المرايا M1 وM4 تظهر بشكل أفضل مستوى البراعة والدقة المطلوبة.

المرآة الأساسية، M1، هي أكبر مرآة تم تصنيعها على الإطلاق للتلسكوب البصري.

“إنها 39 م [128ft] القطر، هو [798] يقول الدكتور فيرنيت: “تم محاذاة أجزاء المرآة السداسية لتكون بمثابة مرآة واحدة مثالية”.

يمكن لـ M1 جمع ضوء أكثر بـ 100 مليون مرة من العين البشرية ويحافظ على موضعه وشكله بمستوى أكثر دقة بـ 10000 مرة من شعرة الإنسان.

M4 هي أكبر مرآة قابلة للتشوه تم بناؤها على الإطلاق ويمكنها تغيير شكلها 1000 مرة في الثانية للتكيف مع الاضطرابات الجوية واهتزازات التلسكوب.

يتكون سطحه المرن من ست بتلات من مادة سيراميك زجاجية يقل سمكها عن 2 مم (0.075 بوصة).

تم تصنيع المجلات بواسطة شركة شوت في ماينز بألمانيا، ثم تم شحنها إلى شركة سافران ريوس الهندسية خارج باريس، حيث تم صقلها ودمجها في زجاج كامل.

جميع المرايا الخمس على وشك الانتهاء وسيتم نقلها قريبًا إلى تشيلي لتركيبها.

بينما تُستخدم هذه المرايا الهائلة لالتقاط الضوء من الكون، طور جيران ESO في معهد ماكس بلانك للبصريات الكمومية في جارشينج مرايا كمومية للعمل بأصغر المقاييس التي يمكن تخيلها.

وفي عام 2020، تمكن فريق بحثي من جعل كومة من 200 ذرة مصطفة تتصرف بشكل جماعي لتعكس الضوء، مما يخلق مرآة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.

وفي عام 2023، نجحوا في وضع ذرة يتم التحكم فيها مجهريًا في وسط المصفوفة لإنشاء “مفتاح كمي” يمكن استخدامه للتحكم فيما إذا كانت الذرات شفافة أم عاكسة.

“تنبأ المنظرون ولاحظنا ذلك تجريبيًا، أنه في هذه الهياكل المرتبة، إذا امتصت فوتونًا وأعيد إصداره، فسوف ينبعث بالفعل. [in one predictable] يقول الدكتور باسكال ويكاسر، باحث ما بعد الدكتوراه في المعهد: “إن الاتجاه هو ما يجعلها مرآة”.

يمكن استخدام القدرة على التحكم في اتجاه الضوء المنعكس الذري في العديد من التقنيات الكمومية المستقبلية، على سبيل المثال، الشبكات الكمومية المقاومة للاختراق لتخزين المعلومات ونقلها.

وإلى الشمال الغربي أيضًا توجد منطقة أوبركوسن، بالقرب من شتوتغارت، حيث يتم تصنيع النظارات بواسطة شركة زايس، وهي شركة هامة أخرى.

قامت شركة البصريات بتطوير الزجاج المسطح للغاية الذي أصبح على مر السنين مكونًا رئيسيًا في الآلات التي تطبع شرائح الكمبيوتر التي تسمى آلات الطباعة الحجرية فوق البنفسجية المتطرفة، أو EUVs.

تعد شركة ASML الهولندية الشركة الرائدة عالميًا في تصنيع مركبات EUV، وتعد نظارات Zeiss جزءًا أساسيًا منها.

تعكس نظارات Zeiss ذات الأشعة فوق البنفسجية الضوء بأطوال موجية قصيرة جدًا، مما يتيح قدرًا صغيرًا من وضوح الصورة، لذلك يمكن طباعة المزيد من الترانزستورات على نفس المنطقة من رقائق السيليكون.

يستخدم الدكتور فرانك روهمند، رئيس قسم بصريات تصنيع أشباه الموصلات في شركة زايس، تشبيهًا للمناظر الطبيعية لشرح مدى استواء المرايا.

“إذا أخذت مرآة منزل ونفختها إلى حجم ألمانيا، فإن أعلى ارتفاع هو 5 أمتار في مرآة فضائية [as in the James Webb Space Telescope]سيكون 2 سم [0.75in]. ويوضح قائلاً: “في مرآة الأشعة فوق البنفسجية، يكون ذلك 0.1 ملم”.

هذا السطح الزجاجي فائق النعومة، بالإضافة إلى أنظمة التحكم في موضع المرآة، التي طورتها شركة زايس، يعطي قياسًا دقيقًا يساوي الضوء المرتد من مرايا الأشعة فوق البنفسجية على سطح الأرض وضرب كرة الجولف على القمر.

وفي حين أن هذه النظارات تبدو جذرية بالفعل، فإن شركة زايس لديها خطط لإجراء تحسينات من شأنها أن تساعد في صنع رقائق كمبيوتر أكثر قوة.

“لدينا أفكار حول كيفية مواصلة تطوير الأشعة فوق البنفسجية. بحلول عام 2030، الهدف هو بناء شريحة دقيقة تحتوي على تريليون ترانزستور. اليوم يمكن أن نصل إلى مائة مليار.

وقد أصبح هذا الهدف أقرب مع أحدث تقنيات شركة زايس، والتي تمكنها من طباعة هياكل أكثر بثلاثة أضعاف في نفس المنطقة مقارنة بآلات صنع الرقائق من الجيل الحالي.

“تمتلك هذه القوة المهيمنة في صناعة أشباه الموصلات خريطة طريق قوية توفر الدعم لجميع اللاعبين المساهمين في الحل. ومن خلال ذلك، نحن قادرون على تحقيق تقدم في تصنيع الرقائق الدقيقة التي تتيح اليوم أشياء مثل الذكاء الاصطناعي التي لم يكن من الممكن تصورها حتى قبل عشر سنوات “، يقول الدكتور روموند.

ويبقى أن نرى ما ستفهمه البشرية وستكون قادرة على تحقيقه خلال عشر سنوات، ولكن لا شك أن النظارات ستكون في قلب التقنيات التي ستوصلنا إلى هناك.