Los investigadores han creado un nuevo dispositivo basado en un espejo magnético que algún día podría ayudar a los cosmólogos a descubrir nuevos detalles sobre las ondas en el espacio-tiempo conocidas como ondas gravitacionales, particularmente aquellas emitidas cuando el universo era extremadamente joven.
El nuevo trabajo es parte de una colaboración multiinstitucional financiada por el Programa de Investigación Tecnológica de la Agencia Espacial Europea ESA para desarrollar las tecnologías necesarias para futuros experimentos, como el programa de misión satelital Cosmic Origins Explorer propuesto. Esta misión espacial tiene como objetivo adquirir una altamapas de precisión a cielo completo del fondo cósmico de microondas: la emisión de reliquias que sobrevivió desde el Big Bang.
El fondo cósmico de microondas ha sido objeto de una intensa investigación desde su descubrimiento hace aproximadamente 50 años. En los últimos años se ha visto un mayor enfoque en los componentes polarizados de este fondo de microondas, en particular un componente llamado modo B, que se cree quemantenga la clave de la información sobre las ondas gravitacionales primordiales y los procesos físicos que ocurrieron muy temprano en la historia del universo.
En la revista The Optical Society OSA óptica aplicada , los investigadores demostraron un nuevo tipo de modulador de polarización basado en un espejo magnético. El nuevo dispositivo podría superar un gran desafío para detectar la polarización en modo B: la capacidad de modular la polarización de microondas en un amplio rango de frecuencias.necesario para discriminar espectralmente la polarización en modo B extremadamente tenue de la radiación de primer plano de otras fuentes astrofísicas.
"Nosotros, como otros, hemos estado trabajando durante más de dos décadas en el desarrollo de tecnologías que permitan la detección de la polarización en modo B", dijo Giampaolo Pisano, Universidad de Cardiff, Reino Unido, primer autor del artículo ".ha demostrado ser un problema desafiante porque solo una pequeña parte de la señal general exhibe esta polarización "
Desarrollando la tecnología
Un componente clave para detectar la radiación en modo B es una placa de media onda, un dispositivo utilizado para modular la polarización de la radiación electromagnética. Al girar la placa de media onda, la polarización de la radiación también gira, creando un patrón oscilante quese puede distinguir de la señal constante de radiación no polarizada.
Las implementaciones anteriores de estas placas de media onda han dado como resultado dispositivos de banda estrecha inherentemente debido a las propiedades ópticas de los materiales disponibles o al diseño utilizado. La operación en un amplio rango de longitudes de onda es crucial para distinguir la polarización en modo B que se origina en el universo temprano deseñales procedentes de otras fuentes.
"La mayor parte del esfuerzo en el desarrollo de tecnología se ha dirigido a hacer componentes ópticos que funcionen en anchos de banda más grandes", dijo Pisano. "Un dispositivo que cubra un amplio rango de frecuencias mejoraría en gran medida el rendimiento de la instrumentación compleja en el espacio".
En el nuevo trabajo, Pisano y sus colegas probaron un enfoque completamente nuevo que utiliza metamateriales materiales artificiales diseñados con características que no se encuentran en los materiales naturales para crear un espejo magnético que combinaron con una rejilla de alambre polarizante.
"Los metamateriales nos permitieron inventar un material con las características que necesitábamos", dijo Pisano. "Debido a que el enfoque que utilizamos es nuevo, nos permitió superar los límites de rango de frecuencia que otros investigadores han enfrentado".
Su nuevo método aprovecha el hecho de que el reflejo de una superficie magnética artificial estará fuera de fase del reflejo de un conductor eléctrico perfecto, o metal. Agregar la rejilla de alambre al espejo magnético permite que una polarización "vea"la rejilla metálica, mientras que la radiación polarizada ortogonalmente se refleja en el espejo magnético. El dispositivo resultante puede alterar la polarización en un amplio rango de frecuencias de microondas.
El dispositivo prototipo demostrado en el documento opera de aproximadamente 100 a 400 gigahercios con más del 90 por ciento de eficiencia, lo que significa que se perdió menos del 10 por ciento de la señal. Los investigadores dicen que con algunos ajustes menores, esperan lograr un rendimiento aún mayorancho de banda y mayor eficiencia.
Preparándose para el espacio
Con 20 centímetros de ancho, el dispositivo prototipo es una versión miniaturizada de la que finalmente podría ser necesaria para el satélite Cosmic Origins Explorer. Los investigadores ahora están trabajando para desarrollar una versión de medio metro, con el objetivo final de desarrollar una versión finaldispositivo de más de un metro de diámetro. Hacer un dispositivo tan grande con la precisión necesaria requerirá nuevas instalaciones y nuevos métodos para manejar el dispositivo durante los diversos pasos de fabricación, desarrollos que según los investigadores probablemente serán tan difíciles como desarrollar el concepto inicial.
"Ahora que hemos demostrado el concepto, necesitamos realizar pruebas de calificación espacial para demostrar su robustez para un lanzamiento satelital", dijo Pisano. "También debemos implementarlo en instrumentos de detección de modo B en tierra para demostrarusabilidad en el campo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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