Recién hemos conocido la noticia del galardón de este año en física de los Premios Nobel.  Pierre Agostini, Ferenc Krauzs y Anne L’Huillier fueron finalmente los galardonados con el premio más prestigioso de la física. Su trabajo se centra en emitir pulsos de luz lo más cortos posibles para entender cómo se comportan los electrones en su hábitat natural. Antes de seguir déjame que te recomiende descargar nuestra App gratuita para teléfono. Estarás al día de todos los artículos, cursos gratuitos, juegos y hasta podrás ir testeando con nosotros nuestra nueva red social que aún está en construcción. Busca en PlayStore “Revista del Tío F” o descárgala directamente aquí.

Antecedentes

En 1999, Ahmed H. Zewail logró emitir pulsos de luz dentro del rango de los fentosegundos. Un fentosegundo es 10¹⁵ partes de un segundo. La cifra es escalofriantemente pequeña. Cabe decir que este logro le supuso el Nobel de química de ese año. Ahora, 24 años después bajamos el listón trabajando con attosegundos. Un attosegundo es 10¹⁸ partes de un segundo. Para que se puedan hacer idea de la magnitud de ese valor, deben saber que dentro de un segundo hay más del doble de attosegundos, que segundos en toda la historia del Universo. Pero, ¿Por qué es tan importante bajar cada vez más el tiempo de los pulsos de luz? La respuesta está en las fotografías. Vamos a ver como funciona una cámara de fotos.

Cuando tomamos una fotografía, el obturador de nuestra cámara fotográfica se abre durante un periodo de tiempo muy pequeño para dejar el paso de luz (fotones) al interior de la cámara. Esa luz que se recoge guarda toda la información visual de lo que tenemos en frente. Supongamos ahora que el objeto al que queremos tomar una foto se mueve respecto a nosotros. Supongamos también que se mueve a 2 metros cada segundo. Nuestro obturador se abre para dejar entrar la luz (supongamos de nuevo) durante 1 segundo. Esto quiere decir que durante el segundo en el que el obturador está abierto el objeto se desplaza 2 metros.

Los objetos de nuestra fotografía saldrán corridos como en la imagen anterior. Esta técnica (imágenes de larga exposición a objetos en movimiento) es muy utilizada en expresiones artísticas. Si nos fijamos en la imagen de la autopista y alguien nos pregunta sobre la posición del coche con luces rojas, será muy difícil responderle. Nuestra incertidumbre sobre la posición es muy amplia. Si queremos tener la máxima certidumbre en la posición de los autos deberemos abrir el obturador el mínimo tiempo posible.

Hoy en día, cualquier cámara de fotos convencional puede tomar una fotografía de una pista de fórmula 1 donde los autos van a toda velocidad, sin que salga la imagen corrida. Pero si nuestros autos se movieran muy rápido, demasiado rápido, ninguna de nuestras cámaras podía abrir su obturador el tiempo suficientemente corto como para definir la posición del objeto con bastante certidumbre. Naturalmente nos estamos refiriendo, y el lector más perspicaz lo habrá deducido, a los electrones que orbitan átomos y moléculas.

Los electrones son fermiones que se pueden encontrar orbitando átomos a velocidades relativistas, esto es, a porciones cuantificables de la velocidad de la luz. Si queremos conocer la posición de un electrón con una certidumbre aceptable, deberemos enviar pulsos de luz lo más discretos posible al igual que en nuestro ejemplo con la autopista y los autos.

El premio

Este trabajo es fundamental para el avance del estudio del comportamiento de la materia a escala atómica y supone un gran avance en toda la rama de la física moderna. Las ventajas que puede suponer este avance son infinitas y es lo que ha determinado que finalmente se lleve el galardón tan deseado. La escala de tiempo en la que se mueve un electrón es en los attosegundos y la tecnología que ha supuesto este premio es capaz de observar el movimiento de un electrón que tarda 150 attosegundos en dar una vuelta a un núcleo de hidrógeno.

“Los experimentos de los galardonados 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”

Comité Nobel en la resolución

En el experimento, los investigadores utilizaron una técnica llamada ionización multifotónica, en el que un átomo absorbe muchos fotones simultáneamente. Lo importante es que en este tipo de ionizaciones se genera una emisión fotónica de lo que llamamos armónicos, esto es, múltiplos o submúltiplos de la radiación absorbida. Para el argón los primeros armónicos decaen en amplitud, pero a partir del quinto armónico se mantienen constantes, hasta el trigésimo tercer armónico, a partir del cuál disminuyen rápidamente. A través del bombardeo de gases a través de láser, se han obtenido pulsos de láser extremadamente cortos del orden buscado, el attosegundo.

Pierre Agostini nació el 23 de julio de 1941. Conocido por sus trabajos pioneros en física láser de campo fuerte y ciencia de los attosegundos, es especialmente conocido por la observación de la ionización por encima del umbral y la invención de la técnica de reconstrucción de latidos de attosegundos por interferencia de transiciones de dos fotones (RABBITT) para la caracterización de pulsos de luz de attosegundos.

Ferenc Krausz nació el 17 de mayo de 1962. Krausz estudió Física Teórica en la Universidad Eötvös Loránd e Ingeniería Eléctrica en la Universidad Técnica de Budapest de 1981 a 1985. De 1988 a 1991, Krausz se doctoró en física láser en la Universidad Técnica de Viena (UT) con Arnold Schmidt en el Instituto de Fotónica, y de 1991 a 1993 obtuvo la Habilitación en la UT. De 1996 a 1998 fue profesor asociado de ingeniería eléctrica en la UT, y de 1999 a 2004 profesor titular. Desde 2004 es director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de la Universidad y Centro de Investigación de Garching en Garching, cerca de Múnich y ocupa una cátedra de Física Experimental en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich (LMU). Es cofundador y fue uno de los dos portavoces del Clúster de Excelencia en el Centro de Fotónica Avanzada de Múnich de 2010 a 2019 (MAP). Desde 2015, es el director fundador del Centro de Aplicaciones Láser Avanzadas de la LMU y, desde 2019, también es el director general fundador del Centro de Huellas Digitales Moleculares en Budapest.

Anne L’Huillier nació el 16 de agosto de 1958.

Obtuvo un máster en ciencias en física teórica y matemáticas, pero cambió para su doctorado física experimental en el Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) en la sede del Saclay. Su tesis versó sobre la ionización múltiple en campos láser de alta intensidad.​

Como estudiante posdoctoral, estuvo en Gotemburgo, Suecia, y Los Ángeles, Estados Unidos. A partir de 1986, trabajó de forma permanente en el CEA París-Saclay. En 1992, participó en un experimento en Lund, donde uno de los primeros titanio–zafiro de titanio–zafiro para pulsos de femtosegundo en Europa. En 1994 se trasladó a Suecia, donde trabajó en la Universidad de Lund como profesora en 1995 y como catedrática en 1997.​