Những tấm gương tiên tiến nhất thế giới

Gương của kính viễn vọng quang học lớn nhất thế giới

Trên một ngọn núi cao tại sa mạc khô cằn Atacama, Chile, Đài quan sát nam châu Âu (ESO) đang xây dựng kính viễn vọng quang học lớn nhất thế giới mang tên Kính viễn vọng Cực Lớn (ELT). ELT dự kiến bắt đầu thu thập hình ảnh vào năm 2028 và giúp mở rộng hiểu biết của con người về vũ trụ. Nhưng điều đó sẽ không thể thành hiện thực nếu thiếu những chiếc gương tiên tiến bậc nhất, BBC hôm 20/8 đưa tin.

Tiến sĩ Elise Vernet, chuyên gia về quang học thích ứng tại ESO, đã giám sát việc phát triển 5 chiếc gương khổng lồ gồm M1, M2, M3, M4, M5. Chúng có nhiệm vụ thu thập và dẫn ánh sáng đến thiết bị đo đạc của kính viễn vọng. Mỗi chiếc gương của ELT đều là một kỳ quan thiết kế quang học. Vernet mô tả gương lồi M2 đường kính 4,25m là một tác phẩm nghệ thuật, nhưng có lẽ gương M1 và M4 thể hiện rõ nhất sự phức tạp và chính xác.

Gương chính M1 là tấm gương lớn nhất từng được chế tạo cho kính viễn vọng quang học. "Nó có đường kính 39 m, cấu tạo từ 798 mảnh gương hình lục giác, được căn chỉnh để hoạt động như một tấm gương nguyên khối hoàn hảo", Vernet nói. M1 sẽ thu thập ánh sáng nhiều gấp 100 triệu lần mắt người, đồng thời có thể duy trì vị trí và hình dạng với độ chính xác gấp 10.000 lần sợi tóc người.

M4 là gương với bề mặt có thể biến dạng lớn nhất lịch sử, có khả năng thay đổi hình dạng 1.000 lần mỗi giây để điều chỉnh theo nhiễu động khí quyển và rung động của kính viễn vọng - những yếu tố có thể làm méo hình ảnh. Bề mặt linh hoạt của gương cấu tạo từ 6 cánh bằng vật liệu gốm thủy tinh dày chưa đến 2 mm. Cả 5 chiếc gương đều sắp hoàn thành và sẽ sớm được vận chuyển đến Chile để lắp đặt.

Gương lượng tử nhẹ nhất thế giới

Các nhà khoa học tại Viện Quang học Lượng tử Max Planck phát triển một chiếc gương lượng tử để hoạt động ở những quy mô nhỏ nhất có thể hình dung. Năm 2020, họ đã thành công khiến một lớp đơn gồm 200 nguyên tử thẳng hàng cùng hoạt động để phản xạ ánh sáng, tạo ra một chiếc gương nhỏ đến mức không thể nhìn thấy bằng mắt thường. Năm 2023, họ đặt một nguyên tử được kiểm soát vi mô ở trung tâm gương, tạo ra một "công tắc lượng tử" giúp kiểm soát xem nguyên tử có tính trong suốt hay phản xạ.

"Điều mà các nhà lý thuyết dự đoán và chúng tôi đã quan sát được qua thí nghiệm là trong những cấu trúc có trật tự này, khi một photon được hấp thụ rồi lại chiếu ra, nó sẽ chiếu ra theo hướng có thể dự đoán. Điều này biến nó thành một chiếc gương", Pascal Weckesser, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Quang học Lượng tử Max Planck, cho biết.

Khả năng kiểm soát hướng ánh sáng phản xạ từ nguyên tử như vậy có tiềm năng ứng dụng trong nhiều công nghệ lượng tử, ví dụ như mạng lưới lượng tử chống hack để lưu trữ và truyền thông tin.

Gương siêu phẳng

Tại Oberkochen, Đức, công ty quang học Zeiss đang chế tạo những chiếc gương đặc biệt khác. Họ đã dành nhiều năm phát triển một chiếc gương siêu phẳng, trở thành một thành phần then chốt trong các máy in chip máy tính, gọi là máy in thạch bản siêu cực tím (EUV).

Gương EUV của Zeiss có thể phản xạ ánh sáng ở những bước sóng rất nhỏ, cho phép hình ảnh hiện rõ ở quy mô cực nhỏ, do đó nhiều transistor hơn có thể được in trên cùng một diện tích của tấm bán dẫn silicon. Để giải thích độ phẳng của những chiếc gương này, tiến sĩ Frank Rohmund, chủ tịch bộ phận quang học sản xuất chất bán dẫn tại Zeiss, sử dụng một phép so sánh địa hình.

"Nếu phóng to một chiếc gương gia đình lên bằng nước Đức, điểm cao nhất sẽ là 5 m. Trên một chiếc gương vũ trụ, như gương của kính viễn vọng không gian James Webb, điểm cao nhất sẽ là 2 cm. Nhưng trên một chiếc gương EUV, nó chỉ là 0,1 mm", ông giải thích.

Bề mặt gương siêu phẳng nhẵn kết hợp với các hệ thống kiểm soát vị trí gương mang đến độ chính xác cực cao, tương đương với việc phản xạ ánh sáng từ một chiếc gương EUV trên bề mặt Trái Đất và chiếu đến một quả bóng golf trên Mặt Trăng.

Dù những chiếc gương này nghe đã rất ấn tượng, Zeiss vẫn dự định cải tiến thêm nhằm tạo ra các chip máy tính mạnh mẽ hơn. "Đến năm 2030, mục tiêu là có một microchip với một nghìn tỷ transistor trên đó. Hiện nay, chúng ta có lẽ ở mức khoảng một trăm tỷ", Rohmund chia sẻ.