Premio Nobel de física a los científicos que descubrieron las herramientas hechas con luz

Publicado en SobreCiencia.
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Hallazgos que revolucionaron la física del láser.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               La Real Academia de las Ciencias de Suecia concedió el Premio Nobel de Física al estadounidense Ashkin, el francés Gérard Mourou y la canadiense Donna Strickland.

El premio, que está dividido en dos: la mitad para Arthur Ashkin, que inventó lo que se denomina como “pinza óptica” tras descubrir en la década del 70 que las fuerzas creadas por la luz láser eran capaces de capturar y manipular partículas, y la otra mitad para Gérard Mourou y Donna Strickland, quienes desarrollaron un método para generar pulsos ópticos de alta intensidad. 

Horacio Failache integrante del Instituto de Física de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República (UdelaR), contó a SobreCiencia en qué consisten estos hallazgos que revolucionaron la física del láser.

Failache contó que si bien esos hallazgos tienen cosas en común que refieren a la utilización del láser de relativa potencia en sistemas biológicos, son bastante diferentes y tienen distintas aplicaciones.

El científico explicó que una pieza óptica es un sistema óptico capaz de tomar y de mover pequeñas partículas desde átomos individuales hasta moléculas o incluso células, ejerciendo una muy pequeña fuerza, un pequeño “empujoncito” a través de un campo óptico, a través de la luz.

Si uno imagina la luz compuesta por pequeñas partículas, que los físicos llamamos fotones, cada vez que llegan a un átomo le dan un empujoncito, al tener un haz de luz muy intenso, uno tiene muchísimas de esas partículas y uno puede realizar una fuerza bastante importante a escala microscópica y puede mover pequeñas partículas. Incluso células, puede manipularlas, verlas en un microscopio, moverlas de un lado para otro, seleccionarlas, moverlas de un lado para otro, y realizar cosas muy complejas y manipulaciones muy complejas con células”, explicó.

Uno puede generar tubos por los cuáles estas partículas se mueven, como una especie de cañerías ópticas, y esto es muy sencillo, porque uno puede manipular muy fácilmente la luz, para generar estructuras de luz complicadas que hagan cosas muy complejas con el movimiento de esas partículas. La luz es muy dúctil en ese sentido”, detalló.

Failache hizo referencia a la técnica denominada Chirped Pulse Amplification (CPA), que le valió el Nobel a Gérard Mourou y Donna Strickland.

Dijo que “Chirped” hace referencia a una frecuencia de sonido que va cambiando a medida que avanza el tiempo, relacionada al sonido que emiten los pájaros, que a veces comienza en un tono grave y rápidamente cambia a un tono agudo.

Como la luz también puede describirse como una onda, lo que estos investigadores utilizan es este tipo de estrategias. Dividir un pulso de luz y distribuir la energía de un pulso de luz en el espectro óptico. Lo que ellos logran es poder amplificar un pulso de luz, que de otro modo no podría hacerse. Porque al querer amplificar un pulso de luz que concentra toda la energía óptica en muy corto tiempo, eso destruye el propio amplificador. Es tanta la energía óptica, que calienta tanto el material que va a amplificar esa luz, que lo termina quemando. La estrategia es que esa energía en vez de concentrarla en un pequeñito intervalo de tiempo, la distribuyen, los diferentes colores de ese pulso de luz los distribuyen a lo largo del tiempo, amplifican todo por separado, y después vuelven a concentrar toda la energía en un pulso muy corto, y tienen ahí una posibilidad de amplificar pulsos a potencias inimaginables”, explicó.

El experto agregó que esa energía concentrada en pequeños intervalos de tiempo (picosegundos, unidad de tiempo que equivale a la billonésima parte de un segundo) puede tener efectos mecánicos ya que es posible ionizar los átomos, volatilizar material y cortar materiales muy duros, incluyendo tejidos biológicos, por lo que esta técnica es muy utilizada en cirugías, principalmente oculares.

Y a nivel de energía estos láser de tan alta potencia abren la posibilidad de realizar lo que se llama la fusión nuclear, que es la posibilidad de producir energía muy barata, lo que realmente resolvería el problema energético de la humanidad. Ya existe un sistema que realiza fusión nuclear con este tipo de láser, ya se están comenzando hacer experimentos de fusión, si bien no se ha logrado producir energía, son investigaciones que están en curso”, contó.

Failache dijo que en la Facultad de Ingeniería hay un grupo de investigadores que utiliza láser de relativa potencia para volatilizar materiales y agregó que su grupo de trabajo utiliza láser de muy baja potencia con el objetivo de obtener información de sistemas atómicos.

Utilizar el láser para interactuar con el sistema y obtener información de él. Nuestro objetivo es estudiar la evolución de sistemas cuánticos, y la forma de interactuar con estos sistemas atómicos es a través de la luz. Hoy en día gracias a las fuentes láser, tenemos la capacidad de tener mucho mejor control de la frecuencia de la luz con la que uno va a interactuar con un átomo. Uno puede saber en todo momento cuál es el color que está interactuando con su átomo, uno tiene un mapa energético del átomo y uno puede mapearlo de ese modo”, detalló.

El científico aclaró que también se pueden realizar experimentos más complejos ya que a través del intercambio de energía se modifican otros parámetros físicos. Por ejemplo, generar propagación en un medio atómico de luz lenta, modificando con la luz el estado cuántico del sistema atómico. “Eso es muy impresionante, porque uno logra que la luz evolucione a velocidades casi que humanas dentro de un medio atómico”, concluyó.

Texto: Alexandra Perrone

Entrevista: Gustavo Villa


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