Detectar ondas gravitacionales es una operación compleja; la interacción gravitacional es, de hecho, la más débil del universo. Los detectores gravitacionales actuales han requerido soluciones tecnológicas muy avanzadas y a menudo innovadoras. Esto sucederá aún más con la ejecución de un proyecto pionero como el Telescopio Einstein. Las tecnologías que se diseñarán y desarrollarán para ET deberán mejorar el rendimiento del detector en al menos un orden de magnitud con respecto a los instrumentos actuales de segunda generación, para permitir a ET observar un volumen del universo mil veces mayor que el que podemos observar hoy. Este resultado se obtendrá con el éxito de una serie de desafíos tecnológicos que el mundo científico y el mundo empresarial deberán afrontar conjuntamente, y que producirán, como nos enseñan la historia y la experiencia, consecuencias significativas, a veces inesperadas, tanto en el campo industrial como en distintos ámbitos en beneficio de la sociedad. ET pondrá en marcha una verdadera cadena de innovación en muchos sectores.
Innovación e Industrias
Infraestructuras
ET es una infraestructura de investigación innovadora, pero también es una gran infraestructura civil: basta pensar en las excavaciones, los túneles subterráneos, las salas de experimentación subterráneas y los laboratorios de superficie. Todas estas infraestructuras se construirán en un entorno natural único que hay que proteger y al que, por tanto, tendrán que adaptarse. Los aspectos de sostenibilidad medioambiental, territorial y energética son prioritarios y constituyen un elemento de valor intrínseco para todo el proyecto ET, que ofrecerá ideas para su desarrollo y replicación en otros territorios.
Mecánica
ET es un gran experimento de precisión en el que la mecánica tiene un papel decisivo. Por ejemplo, el sistema de aislamiento sísmico de ET se basará en la experiencia adquirida con el detector Virgo. Será un sistema mixto pasivo-activo en el que las características mecánicas de los componentes y la capacidad de control activo desempeñarán un papel fundamental. El Telescopio Einstein multiplicará la necesidad de componentes mecánicos en comparación con Virgo, con un coste previsto, sólo en suspensiones, de aproximadamente 52 millones de euros.
Vacío y Criogenia
ET será el sistema de vacío más grande de Europa. Se necesitarán una gran cantidad de acero y una serie de innovaciones tecnológicas para fabricar sus tubos de vacío. Se crearán sistemas de bombeo de bajo ruido y de contaminación cero. Se necesitarán sistemas criogénicos especiales para llevar las ópticas a 10 grados Kelvin (-263,15°C) sin provocar ruidos de vibración ni contaminación. El coste previsto de esta instalación es de varios cientos de millones de euros.
Óptica y Fotónica
En la configuración triangular, el Telescopio Einstein constará de seis interferómetros. En ellos se aplicarán tanto tecnologías mejoradas en comparación con las actuales, por ejemplo ópticas de sílice fundida, revestimientos de alta reflectividad, baja absorción óptica y baja disipación termomecánica, como tecnologías completamente nuevas, como ópticas cristalinas de silicio, revestimientos cristalinos y láseres a diferentes longitudes de onda. Será necesario desarrollar sensores y actuadores electroópticos con pérdidas ópticas muy bajas para aplicar soluciones de óptica cuántica. Además, será necesario desarrollar técnicas de óptica adaptativa para corregir las aberraciones ópticas debidas a las grandes potencias que intervienen. Por último, será necesario desarrollar técnicas de simulación óptica por ordenador capaces de reproducir y modelizar en detalle el comportamiento de estas complejas máquinas. La demanda de componentes ópticos de alta tecnología será muy elevada, y el coste previsto para todo el sector óptico de ET es de unos 157 millones de euros.
Electrónica y Robótica
El Telescopio Einstein necesitará sistemas de adquisición de datos no sólo para los interferómetros, sino también para todo el control del túnel de 30 km y sus alrededores. Los datos deberán recogerse a través de una gran variedad de sensores, procesarse mediante inteligencia distribuida y dar lugar a comandos enviados a los actuadores adecuados. Será necesario suministrar toda la cadena de control y automatización, que tendrá requisitos específicos, desde la fuente de alimentación hasta los procesadores, pasando por la electrónica analógica y digital relacionada, hasta los circuitos impresos. Además, los sectores actualmente en rápido desarrollo de la optoelectrónica y de la Internet de las cosas encontrarán una aplicación natural en las infraestructuras de ET, con sistemas que deberán programarse según las tecnologías de software más avanzadas. Los sistemas de control con robots especializados capaces de manipular los delicados componentes del instrumento serán fundamentales. El uso de la robótica ha ingresado recientemente en el mundo de los detectores de ondas gravitacionales; ET representa una oportunidad de desarrollo en esta nueva relación.
Tecnología de la Información y la Comunicación
El procesamiento de los datos recogidos por ET requerirá sistemas informáticos de última generación. Está prevista la transmisión en tiempo real de un flujo sostenido de datos a centros informáticos situados en Italia, Europa y también en otros lugares del mundo. El sitio que albergará la infraestructura de ET será el punto de partida y gestión inicial de esta gran cantidad de datos. En el caso de Cerdeña, esto también se puede lograr gracias al fortalecimiento de la red de investigación GARR, prevista en el marco del proyecto PNRR TeRABIT, en el que Italia será el primer punto de referencia en Europa y contribuirá al procesamiento, así como a la transmisión de los datos. Los institutos de investigación y las universidades nacionales trabajan en el desarrollo de soluciones innovadoras dedicadas a la informática científica de alto rendimiento: es la continuación de una larga tradición que ha contribuido a la creación de grandes centros de investigación en computación en Italia, como el superordenador Leonardo de Cineca y el recién creado Centro de Investigación en Computación de Alto Rendimiento, big data y computación cuántica ICSC de Bolonia, financiado por el PNRR. La presencia de una cultura de innovación en informática, alimentada por las necesidades de ET, constituye una ventaja para las empresas que podrán disponer de las soluciones más avanzadas ensayadas por los usuarios más exigentes. Además, estas necesidades podrán crear una industria con contenido de alta tecnología, que también podrá contribuir a la innovación en las industrias de sectores más tradicionales.
Banner image: Uno de los espejos de Virgo/One of Virgo’s mirrors. Créditos: INFN-EGO