Pulsos de luz, attosegundos y electrones: cuáles son los aportes a la ciencia de los premios Nobel de Física 2023

Un latido del corazón dura sólo un segundo y parece un tiempo muy corto. Los ganadores del Premio Nobel de Física 2023 han hecho descubrimientos revolucionarios en el mundo de los electrones y han trabajado con una unidad de tiempo aún menor: el attosegundo, que es equivalente a la trillonésima parte de un segundo.

Los galardonados, según anunció hoy la Academia Real Sueca de Ciencias, son Pierre Agostini, que trabaja en la Universidad del Estado de Ohio, en los Estados Unidos, Ferenc Krausz, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, en Alemania, y Anne L’Huillier, nacida en Francia, quien es investigadora y docente de la Universidad Lund, en Suecia.

Partieron de preguntas básicas, y llegaron a resultados que ahora pueden tener múltiples aplicaciones e implicancias económicas.

En sus fundamentos, el jurado de la Academia consideró que los tres científicos “han sido reconocidos por sus experimentos, que han aportado a la humanidad nuevas herramientas para explorar el mundo de los electrones en el interior de átomos y moléculas”.

Demostraron que era posible “una forma de crear pulsos de luz extremadamente cortos que pueden utilizarse para medir los rápidos procesos en los que los electrones se mueven o cambian de energía”.

Las aplicaciones prácticas de los descubrimientos

En diálogo con Infobae, Diego Arbó, investigador en física del Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE), que depende de la Universidad de Buenos Aires y el Conicet, consideró que los ganadores del Nobel se lo merecían. “La generación de pulsos de attosegundo (que es la trillonésima parte de un segundo) es una avance importantísimo para la física de los fenómenos ultrarrápidos, como la determinación de los movimientos de los electrones en las transiciones atómicas”, afirmó.

Desde los comienzos de este siglo -recordó Arbó- se están estudiando la interacción de la radiación electromagnética (que son láseres pulsados) con la materia a escalas sin precedentes. Hoy en día se están midiendo tiempos ultracortos sin precedentes: del orden del attosegundo y aún por debajo del attosegundo”.

Los láseres de tipo pulsado tienen muchísimas aplicaciones, no solo para el desarrollo de la ciencia sino también, la industria, medicina, entre otros campos. Por ejemplo, se usan en la difundida cirugía refractiva que corrige la miopía.

Cada uno de los galardonados hizo su parte para llegar a la gran contribución. En 1987, la científica L’Huillier descubrió que surgían muchos sobretonos de luz diferentes cuando transmitía luz láser infrarroja a través de un gas noble.

En física, cada sobretono es una onda luminosa con un número determinado de ciclos por cada ciclo de la luz láser. Se deben a la interacción de la luz láser con los átomos del gas, que da a algunos electrones una energía extra que se emite en forma de luz. L’Huillier sentó las bases de los avances que vinieron después.

En 2001, el doctor Agostini -que es francés-estadounidense- consiguió producir e investigar una serie de pulsos de luz consecutivos. En ese experimento, cada pulso duraba sólo 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Krausz -nacido en Hungría en 1962- trabajaba con otro tipo de experimento, uno que permitía aislar un único pulso de luz que duraba 650 attosegundos.

Las contribuciones de los galardonados han permitido investigar procesos tan rápidos que antes eran imposibles de seguir. “Ahora podemos abrir la puerta al mundo de los electrones. La física de los attosegundos nos da la oportunidad de entender mecanismos gobernados por electrones. El siguiente paso será utilizarlos”, sostuvo Eva Olsson, presidenta del Comité Nobel de Física.

El anuncio del Premio implicó mucha alegría para los ganadores, sus colegas y sus estudiantes. En el caso de la doctora L’Huillier, recibió la noticia durante una pausa de su clase para 100 estudiantes en la universidad de Lund. Dijo: “Es realmente un premio prestigioso y estoy muy contenta de haberlo recibido. Es increíble”.

Tras recibir la noticia, volvió para seguir con su clase. “Estaba muy concentrada, me olvidé del Premio Nobel e intenté terminar mi conferencia”, le dijo la científica a la agencia AP. Es la quinta mujer que gana un Nobel de Física en la historia del galardón.

Para ilustrar en qué cambió la historia de la ciencia a partir del trabajo de los premiados, el doctor Hernán Grecco, investigador del Conicet en el laboratorio de Electrónica Cuántica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA), afirmó: “Si lo comparamos con una carrera de autos, antes de los experimentos que hicieron los ganadores los autos salían movidos en las fotos. Ahora, en cambio, podemos sacar buenas fotos”.

Si se quiere sacar una foto, se necesita iluminar la escena. Si la escena cambia, la foto sale movida. Pero una manera evitarlo es iluminar por tiempo muy corto, y esto es lo que hicieron en la física los ganadores del premio Nobel 2023. “Desarrollaron técnicas experimentales que nos permiten generar pulsos muy cortos de luz: 250 attosegundos”, resaltó Grecco.

Los trabajos de los ganadores del Nobel tienen varias décadas y “recién ahora se están viendo sus aplicaciones tecnológicas. Entre otras, van a revolucionar la caracterización de materiales y el diagnóstico médico. Sus implicancias económicas son enormes, pero todo empezó hace mucho tiempo con una pregunta más fundamental”, precisó.

Para el científico argentino, “se estaba esperando que en algún momento hubiera un Nobel en este área de la física. En 1999, se había otorgado el Nobel en Química a Ahmed Zewai por su trabajo en femtoquímica. Este Nobel de Física 2023 conecta con aquel de 1999″.

En este campo de la física, Grecco recordó que “el doctor Oscar Martínez, que fue profesor de las facultades de Exactas e Ingeniería de la UBA desarrolló hace 40 años un dispositivo (conocido en la comunidad como “Martínez compressor”) que permitió la generación de pulsos de femtosegundos en el mundo. Fue un enorme paso en la física y tecnología de pulsos cortos”.