Come un prodotto in alluminio sta aiutando gli scienziati a comprendere meglio il Big Bang

Per studiare la CMB, i telescopi devono essere sintonizzati sulle lunghezze d’onda in cui questo fondo cosmico a microonde è più intenso, circa 1-3 mm, e devono separare la radiazione di lunghezza d’onda più corta emessa dall’atmosfera e dalla Via Lattea. Tra gli elementi ottici più efficaci che assorbono la radiazione di lunghezza d’onda corta ma lasciano passare la CMB c’è l’allumina. Ma una delle sfide dell’utilizzo dell’allumina è che riflette anche quasi il 50% della radiazione che la colpisce.

Tuttavia, i coautori dell’articolo Tomotake Matsumura e Shaul Hanany hanno escogitato un nuovo modo per fabbricare strutture antiriflesso che riducono i riflessi di cinquanta volte.

Un diagramma schematico che mostra come i ricercatori possono studiare le radiazioni dell’universo primordiale utilizzando un filtro riflettente a infrarossi con una struttura a occhio di falena creata da un processo laser pulsato. (Grafico di NASA, ESA, M. Postman (STScI) e CLASH Team / NRAO, AUI, NSF / modificato da Kavli IPMU).

I ricercatori hanno modellato l’allumina utilizzata negli elementi ottici con piccole strutture piramidali, che sono alte circa un millimetro e si ripetono su un diametro di 30 centimetri con una periodicità di poco meno di un millimetro. È noto da tempo che incorporare tali strutture sulle superfici dei materiali riduce i riflessi. Con le piccole piramidi, la luce entra ed esce dalla materia più gradualmente, portando a una riflessione molto più bassa.

L’innovazione di Matsumura e Hanany sta nel modo in cui hanno modellato l’allumina, che è troppo difficile per essere lavorata con utensili standard. Hanno usato un laser pulsato ultracorto, con impulsi lunghi trilionesimi di secondo e che raggiungono i 100 megawatt ciascuno, per asportare il materiale e modellare il rilievo superficiale alla sua forma antiriflesso ottimale.

In circa quattro giorni, il processo laser ha prodotto 320.000 piramidi su entrambi i lati del disco di allumina. I ricercatori hanno misurato le proprietà del campione di allumina e hanno dimostrato che riflette meno dell’1% della radiazione incidente. Questa è la prima volta che un tale elemento ottico è stato fabbricato e accoppiato a uno strumento operativo, ed è il più grande campione di allumina ad essere stato asportato con il laser.

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Nel dettaglio, le nuove strutture antiriflesso sono state applicate a un assorbitore in alluminio a onde corte e agli scienziati dell’Università della Pennsylvania che utilizzano il MUSTANG2, un dispositivo che misura la potenza della radiazione elettromagnetica incidente e che ora è dotato di osservazioni del cielo con il nuovo tecnologia, a dimostrazione del suo successo.

“Questa innovazione porterà a strumenti più efficienti che scrutano indietro nel tempo e riveleranno il processo fisico al Big Bang e durante l’evoluzione dell’universo”, ha affermato la coppia dietro lo sviluppo in una dichiarazione ai media.

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