Nobel de física 2023: ¿en qué consiste la llamada física del attosegundo?

La Real Academia Sueca de las Ciencias decidió conceder el Premio Nobel de Física 2023 a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L'Huillier "por los métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundos para el estudio de la dinámica de los electrones en la materia”.

Ese fue el anuncio emitido ayer por el comité del Nobel para dar a conocer a los ganadores de este año en este campo, científicos que, detrás de esas complicadas palabras, le han permitido a la humanidad, gracias a experimentos con luz, contar con herramientas para captar los más breves de los instantes, aquellos eventos que por ser del orden subatómico es bastante complicado imaginarnos lo cortos que pueden llegar a ser.

(Le puede interesar: Anne L'Huillier es la quinta mujer en ganar el Nobel de Física en más de 100 años).

Y es que cuando las cosas pasan a velocidades superiores a lo que podemos percibir —como el batir de las alas de un colibrí, un movimiento borroso para el ojo humano— debemos recurrir a la tecnología para, por ejemplo, con fotografía de alta velocidad capturar los detalles. Sin embargo, entre más rápido es el acontecimiento, más rápido hay que tomar la fotografía para captar el instante, y en la pequeña escala atómica estudiar los movimientos de los electrones era todo un reto porque los cambios se producen en unas décimas de attosegundo.

Esta es una medida tan corta que hay tantas de estas unidades en un solo segundo —un latido de nuestro corazón— como segundos ha habido desde el nacimiento del universo (13.800 millones de años). Los experimentos de los galardonados este año con el Nobel de física produjeron pulsos de luz tan cortos que se miden en attosegundos, demostrando que pueden utilizarse para proporcionar imágenes de procesos en el interior de átomos y moléculas.

La historia empezó en 1987, cuando Anne L'Huillier descubrió que surgían muchos sobretonos de luz diferentes cuando transmitía luz láser infrarroja a través de un gas noble. 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 proporciona a algunos electrones una energía extra que se emite en forma de luz. La profesora L'Huillier, quien se convirtió en la quinta mujer en ganar un Nobel de Física, siguió explorando este efecto durante la década de 1990, ahora desde la Universidad de Lund (Suecia). Sus resultados contribuyeron a la comprensión teórica de este fenómeno y sentaron las bases del siguiente avance experimental.

En 2001, Pierre Agostini, quien actualmente trabaja conla Universidad Estatal de Ohio (EE. UU.), entró en escena cuando consiguió producir e investigar una serie de pulsos de luz consecutivos, como un tren con vagones, en los que cada pulso duraba solo 250 attosegundos.

Al mismo tiempo, Ferenc Krausz, del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Universidad de Múnich (Alemania), rabajaba con otro tipo de experimento, uno que permitía aislar un único pulso de luz que duraba 650 attosegundos.

De acuerdo con la Real Academia Sueca de las Ciencias, 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 brinda la oportunidad de comprender mecanismos gobernados por electrones. El siguiente paso será utilizarlos", afirmó Eva Olsson, presidenta del Comité Nobel de Física.

Como señala el físico colombiano Edwin Pedrozo, investigador científico en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), hay aplicaciones potenciales de estos avances en muchas áreas. “Cuando se otorga el premio Nobel, se da por el hecho de que las investigaciones han abierto nuevas áreas y perspectivas, más allá del campo donde se desarrolló”.

De esta manera, el científico colombiano señala que ya existe física de attosegundos dedicada al desarrollo de electrónica más rápida o incluso en la medicina. “Incluso uno de los ganadores está trabajando con muestras biológicas para estudiar la dinámica de estas moléculas -hechas de electrones- para analizar de manera precisas cómo ha sido el cambio en una muestra sanguínea, por ejemplo, y detectar si hay algún tipo de cáncer, desde un punto de vista más localizado que el que tenemos actualmente”, asegura.

REDACCIÓN CIENCIA