El Premio Nobel de Física de 2023 ha recaído sobre Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier. La Real Academia Sueca de las Ciencias ha valorado el trabajo en el mundo de las nuevas herramientas para explorar cómo se mueven (y ‘ven’) los electrones dentro de los átomos. Los galardonados han conseguido, a su modo, reducir el tiempo a la mínima expresión.
En un proyector de cine clásico vemos, en realidad, ráfagas de luz muy rápidas, sólo interrumpidas por los bordes de cada fotograma, en la película de celuloide. Igual que en una vieja tele de tubos, en que un pulso de electrones barría la pantalla a un ritmo de entre 50 y 60 veces por segundo. Con eso tenemos una ilusión de movimiento, al tener una sucesión de imágenes fijas por segundo. Lo mismo se puede hacer a nivel atómico, con pulsos de luz muy, muy cortos. Ráfagas de luz (fotogramas) en cuestión de ‘attosegundos‘.
Pero, ¿a cuánto equivale un attosegundo? Un attosegundo son 10-18 segundos o, lo que es lo mismo, 0,000 000 000 000 000 001 segundos. Un attosegundo es tan corto que hay tantos en un segundo como segundos ha habido desde el nacimiento del universo. Una cantidad inimaginable de billones de ellos.
Como ha expresado el comité del Premio Nobel de Física de 2023, si queremos investigar acontecimientos realmente breves, necesitamos una tecnología especial. En el mundo de los electrones, los cambios ocurren en unas pocas décimas de attosegundo.
La luz más corta del Nobel de Física: de la medicina a los chips
Los experimentos de los galardonados con el Premio Nobel de Física 2023 han producido pulsos de luz tan cortos que se miden en attosegundos, demostrando así que estos pulsos pueden usarse para proporcionar imágenes de procesos dentro de átomos y moléculas. Y esto puede ser muy útil en el mundo de la microelectrónica, por ejemplo, en la fabricación de chips, que –a modo de símil– funcionan como verdaderas ciudades de rascacielos realmente microscópicas, atómicas.
De igual modo, gracias a sus hallazgos, se pueden observar procesos y reacciones como la fotosíntesis, por la que las plantas obtienen su energía, como ha explicado Anne L’Huillier. Así, aunque el Premio Nobel de Física premia la ciencia básica, aquí podría surgir una técnica en biomedicina, la administración o síntesis de medicamentos, por ejemplo.
Los premiados con el Nobel de Física han podido ver pasar el tiempo en su escala más pequeña, la atómica. Han buceado en el abismo que separa un segundo del siguiente.
En 2012, Agostini, entre otros, desarrollaron una cámara ultralenta que registró las primeras imágenes en tiempo real de dos átomos vibrando dentro de una molécula. Entonces, el flash duró 50 femtosegundos (milbillonésimas de segundo). Un femtosegundo es a un segundo lo que un segundo es a unos 32 millones de años.
Descata Enar Franco, investigador en Óptica de la UCM, que esto es como capturar en cámara lenta el aleteo de un insecto. Igual, pero con electrones, a escalas muy pequeñas. ”Esto es esencial para entender procesos fundamentales en química, física y materiales, y podría tener aplicaciones revolucionarias en áreas como la electrónica cuántica y la nanotecnología”, afirma en el SMC de España.
Para Juan Diego Ania Castañón, director del Instituto de Óptica “Daza de Valdés” (IO-CSIC), el premio “confirma al láser como la tecnología habilitadora definitiva de la segunda mitad del siglo XX y lo que llevamos de siglo XXI, capaz tanto de abrir ventanas a la exploración del universo a través de la detección de ondas gravitacionales, como de permitir las medidas más precisas de las magnitudes u objetos más pequeños o explorar los acontecimientos más rápidos de la naturaleza”.
Según explica el investigador en el SMC de España, los tres han contribuido de forma extraordinaria al avance de nuestra comprensión de la materia. Visión que comparte Luis Roso, catedrático de Física Aplicada en el área de Óptica de la Universidad de Salamanca: “Siempre se piensa que el tiempo más corto que hay es el que pasa desde que el semáforo se pone en verde hasta que te pita el coche de atrás –ejemplifica irónicamente– ¡Pues no! El Nobel de este año se ha dado a tres científicos que han sido pioneros en los láseres de pulsos más breves, los attosegundos”.
“No hay muchas mujeres que consigan este premio”
En 1987, Anne L’Huillier descubrió que surgían muchos matices de luz diferentes cuando transmitía luz láser infrarroja a través de un gas noble. Cada armónico es una onda de luz con un número determinado de ciclos para cada ciclo de la luz láser. Son causados por la luz láser que interactúa con los átomos del gas; les da a algunos electrones energía adicional que luego se emite en forma de luz. Anne L’Huillier ha seguido explorando este fenómeno, sentando las bases para avances posteriores.
“Es increíble, no hay muchas mujeres que hayan logrado este premio y es algo muy especial”, ha declarado por Skype, muy emocionada Anne L’ Huillier en la conferencia en que se ha anunciado el Premio Nobel de Física de 2023.
En 2001, Pierre Agostini logró producir e investigar una serie de pulsos de luz consecutivos, cada uno de los cuales duraba sólo 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Ferenc Krausz estaba trabajando en otro tipo de experimento, uno que permitía aislar un único pulso de luz que duraba 650 attosegundos.
Desde 1901 se han concedido 117 premios Nobel de Física. 47 premios de física se han concedido a un solo laureado. Hasta ahora, 5 mujeres han recibido el premio de física: Marie Curie en 1903, Maria Goeppert-Mayer en 1963, Donna Strickland en 2018, Andrea Ghez en 2020 y Anne L’Huillier en 2023.
Tanto Anne L’ Huillier como Ferenc Krausz estuvieron este año en Bilbao para recoger el premio Fronteras del Conocimiento FBBVA. Las contribuciones de los galardonados han permitido investigar procesos que son tan rápidos que antes eran imposibles de seguir. Inauguraron la física del attosegundo.
