กระเบื้องที่ทำจาก metamaterials สามารถทำให้กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินมีความไวมากขึ้นต่อการแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังของจักรวาลที่สร้าง “อาฟเตอร์โกลว์” ของบิกแบง กระเบื้องโพลียูรีเทนและคาร์บอน ซึ่งทำงานโดยลดการสะท้อนและการกระเจิงของแสงเร่ร่อนลงอย่างมาก ขณะนี้กำลังได้รับการติดตั้งในกล้องโทรทรรศน์คลื่นมิลลิเมตรที่หอดูดาวไซมอนส์ในชิลี และสามารถนำไปรวมเข้ากับการอัพเกรดที่โรงงานอื่นๆ ได้
พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก (CMB) เป็นส่วนที่เหลือ
ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาประมาณ 380,000 ปีหลังจากบิ๊กแบง เมื่อนิวเคลียสและอิเล็กตรอนรวมกันเป็นอะตอมและอวกาศกลายเป็นโปร่งใสต่อแสง หอดูดาวไซมอนส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดความแปรผันของทิศทางหรือแอนไอโซโทรปีในการโพลาไรซ์ของรังสีนี้ หลักฐานสำหรับแอนไอโซโทรปีบางประเภทจะสนับสนุนทฤษฎีการพองตัวของจักรวาลอย่างมาก ซึ่งระบุว่าจักรวาลผ่านช่วงเวลาของการขยายตัวอย่างรวดเร็วอย่างมากเพียง 10 -35วินาทีหลังจากบิ๊กแบง เพิ่มปริมาณของมันขึ้นถึง 10 8ภายใน a เศษเสี้ยววินาที
การควบคุมแสงจากภายนอกที่อุณหภูมิห้องเย็นเครื่องตรวจจับในกล้องโทรทรรศน์คลื่นมิลลิเมตรภาคพื้นดินที่ทันสมัยเช่นเดียวกับที่หอดูดาว Simons ทำงานที่อุณหภูมิการแช่แข็ง ซึ่งช่วยเพิ่มความไวของพวกมันด้วยการลดสัญญาณรบกวนจากความร้อนหรือเสียงอิเล็กทรอนิกส์ ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา เทคโนโลยีเครื่องตรวจจับได้ก้าวหน้าไปไกลพอที่เสียงจากความร้อนจะเป็นปัจจัยที่จำกัดน้อยกว่าเสียงจากแสงเร่ร่อน แสงนี้ซึ่งสะท้อนออกจากผนังด้านข้างของเครื่องตรวจจับที่มีการระบายความร้อนด้วยความเย็น แทนที่จะเดินตามเส้นทางแสงหลักในอุปกรณ์ สามารถทำให้ภาพที่เครื่องตรวจจับสร้างขึ้นจากเอฟเฟกต์ที่เรียกว่า “ภาพซ้อน” และ “แวววาว” รวมถึงการลด ความไวโดยรวมของเครื่องตรวจจับ
เพื่อควบคุมแสงจรจัดนี้ ผู้ออกแบบกล้องโทรทรรศน์ต้องการวัสดุที่ดูดซับความยาวคลื่นมิลลิเมตรที่อุณหภูมิการทำงานต่ำมากของเครื่องตรวจจับของกล้องโทรทรรศน์ การค้นหาวัสดุดังกล่าวได้พิสูจน์ให้เห็นถึงความท้าทาย เนื่องจากวัสดุส่วนใหญ่ที่พัฒนาขึ้นสำหรับอุณหภูมิในการแช่แข็งมีดัชนีการหักเหของแสงสูง จึงสะท้อนและกระจายแสงในปริมาณมาก ในขณะเดียวกัน วัสดุที่มีค่าดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่า เช่น วัสดุที่พบในตัวดูดซับไมโครเวฟเชิงพาณิชย์ ไม่สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด
กระเบื้องโมดูลาร์รูปลิ่มทีมงานที่นำโดยJeff McMahon
จากมหาวิทยาลัยชิคาโกและMark DevlinจากUniversity of Pennsylvania ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิ Simons Foundationได้พัฒนาวิธีการควบคุมแสงจากภายนอกโดยใช้กระเบื้องรูปลิ่มที่ทำจาก metamaterial ที่ดูดซับไมโครเวฟ Metamaterials เป็นโครงสร้างที่สร้างขึ้นโดยประดิษฐ์ขึ้นซึ่งสามารถออกแบบในลักษณะที่ให้คุณสมบัติต่างๆ เช่น ดัชนีการหักเหของแสงเป็นลบ ซึ่งหาได้ยากหรือไม่มีอยู่ในวัสดุธรรมชาติ
metamaterial ใหม่นี้ใช้อนุภาคคาร์บอนที่บรรจุด้วยโพลียูรีเทน 25% โดยมวล แม้ว่าคอมโพสิตจำนวนมากนี้จะดูดซับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพในบริเวณไมโครเวฟ แต่พื้นผิวของคอมโพสิตนั้นสะท้อนแสงได้สูง ดังนั้นนักวิจัยจึงเคลือบด้วยโครงสร้างรูปทรงเสี้ยมที่ป้องกันแสงสะท้อน
เมื่อรวมกับวัสดุจำนวนมาก ซึ่งดูดซับโฟตอนที่เข้ามาเกือบทั้งหมด พื้นผิวป้องกันแสงสะท้อนนี้ทำให้กระเบื้อง metamaterial มีประสิทธิภาพสูงในการปราบปรามสัญญาณจากแสงจรจัดZhilei XuและGrace Chesmore หัวหน้าทีมวิจัยกล่าว คุณสมบัติทางแสงของกระเบื้องยังคงไม่บุบสลายที่อุณหภูมิการแช่แข็งซึ่งสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ การกระเจิงของไมโครเวฟจากแท่งที่มีโครงสร้างนาโนและแท่งทองแดงปกติ
Metamaterial ช่วยให้สังเกตการกระเจิงยิ่งยวดเป็นครั้งแรก
นักวิจัยสร้างกระเบื้องโดยใช้แม่พิมพ์ฉีด ซึ่งเป็นเทคนิคต้นทุนต่ำที่สามารถขยายขนาดขึ้นเพื่อการผลิตจำนวนมากได้อย่างง่ายดาย ลักษณะโมดูลาร์ของกระเบื้องยังหมายความว่า ความเสียหายใดๆ สามารถแก้ไขได้โดยการเปลี่ยนกระเบื้องที่ได้รับผลกระทบ ซึ่งแตกต่างจากพื้นผิวที่ทาสีทั่วไป แม้ว่ารูปร่างของกระเบื้องจะถูกปรับให้เข้ากับรูปทรงเรขาคณิตของหอดูดาวไซมอนส์ แต่รูปทรงอื่นๆ เช่น กระเบื้องสี่เหลี่ยมแบนก็เป็นไปได้เช่นกัน และจะมีประสิทธิภาพด้านการมองเห็นที่คล้ายคลึงกัน นักวิจัยกล่าว
Stefan Nielsenนักแผ่นดินไหววิทยาแห่งมหาวิทยาลัย Durham ให้ความเห็นว่า “คุณลักษณะที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของโมเดลนี้คือช่วยให้อธิบายฟิสิกส์ของกระบวนการได้อย่างเป็นธรรมชาติ โดยแสดงให้เห็นว่าคณิตศาสตร์ที่อธิบายความเป็นจริงและห้องปฏิบัติการมีความคล้ายคลึงกัน” อย่างไรก็ตาม เขาเตือนว่า อาจมีปัญหาในการแปลการสังเกตจากห้องปฏิบัติการไปยังโลกจริง
“ในตัวอย่างนี้ การโหลดของเปลือกโลกเพิ่มขึ้นจนกว่าจะถึงความล้มเหลว ซึ่งเป็นกระบวนการที่ต้องใช้เวลาหลายร้อยปีในโลกแห่งความเป็นจริง ในทางกลับกัน การฉีดของไหลเกือบจะในทันทีเมื่อเทียบกับเวลาในการโหลดเปลือกโลก โดยธรรมชาติแล้ว การฉีดของเหลวจะแทรกซึมข้อบกพร่องซึ่งอยู่ภายใต้สภาวะโหลดที่แทบจะคงที่ แทนที่จะเป็นโหลดที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยเหมือนในรุ่นนี้” Nielsen อธิบาย
ความล้มเหลวอย่างมาก”ดังนั้น การฉีดของเหลวจากความผิดพลาดตามธรรมชาติอาจส่งผลให้เกิดความเสี่ยงเพิ่มขึ้นอย่างมากจากความล้มเหลวอย่างมาก เว้นแต่จะจับความผิดปกติได้ในช่วงแรกของวงจรการรับน้ำหนักจากแผ่นดินไหว” เขากล่าวสรุป
แบบจำลองความผิดพลาดของกระดาษเป็นส่วนหนึ่งของโครงการขนาดใหญ่ ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจาก European Research Council เพื่อตรวจสอบว่าสามารถควบคุมความไม่เสถียรของแผ่นดินไหวได้อย่างน่าเชื่อถือเพื่อลดการสูญเสียชีวิตและการหยุดชะงักทางเศรษฐกิจหรือไม่ “ในกลุ่มของฉัน เรามุ่งเน้นที่การพิสูจน์ (หรือพิสูจน์หักล้าง) ทางคณิตศาสตร์ถึงความเป็นไปได้ในการควบคุมการลื่นของแผ่นดินไหว” Stefanou อธิบาย “มันเหมือนกับการออกแบบระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติสำหรับข้อบกพร่อง แต่มันยากกว่ารถยนต์มาก!”
นอกจากการทดสอบในห้องปฏิบัติการด้วยแบบจำลองตัวแทนแล้ว ทีมงานยังทำงานเกี่ยวกับการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ด้วย Stefanou สรุป: “ผลลัพธ์ของเราจนถึงตอนนี้มีแนวโน้มดีและแสดงให้เราเห็นว่าต้องฉีดของเหลวอย่างไรเพื่อป้องกันแผ่นดินไหว แม้ในกรณีที่อัตราส่วนระดับความเครียดสูง”
Credit : parkerhousewallace.com partyservicedallas.com pastorsermontv.com planosycapacetes.com platterivergolf.com
