Premio Nobel de Física 2018: el empuje de la luz

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Premio Nobel de Física 2018: el empuje de la luz

El Premio Nobel de Física de este año fue otorgado a Arthur Ashkin, y a Gérard Morou y Donna Strickland por “Invenciones innovadoras en la física láser”. En particular, se refiere a dos avances, en el primero de los cuales se usó la luz para empujar partículas, y en el segundo, la luz láser fue “empujada”, en este caso, a intensidades extremadamente altas. Ambos inventos han abierto las puertas para explorar fenómenos previamente inaccesibles en campos que incluyen la física, la química, la biología e incluso a la medicina, así como a aplicaciones en la vida real, como el almacenamiento de datos y la cirugía ocular.

Primer avance

El primer gran avance, en el que la luz ejerce presión sobre un objeto, ocurrió hace casi medio siglo, cuando Arthur Ashkin fue el primero en utilizar la fuerza óptica, que es el resultado de la presión de radiación de la luz, para desplazar partículas pequeñas. No mucho después, utilizó el mismo principio para atrapar partículas. Luego, se necesitaron otros 15 años para que – también Ashkin – consiguiera atrapar partículas con un solo haz láser, en lugar de dos, y establecer el nombre actual de la técnica: pinzas ópticas. Posteriormente, Ashkin y muchos otros después de él comenzaron a usar estas pinzas ópticas para estudiar sistemas biológicos, que es donde la técnica se emplea con mas frecuencia en la actualidad. Una gran característica de esta técnica es que permite la captura y manipulación no invasiva de partículas, incluso en células vivas.

Conexión con el Nobel de 1997

Existe una conexión interesante entre el Premio Nobel de Física 2018 y el de 1997, que fue otorgado por el “desarrollo de métodos para enfriar y atrapar átomos con luz láser”. En ese último caso, la técnica utilizada para atrapar los átomos se basó en los principios desarrollados por Ashkin. Además, uno de los tres galardonados con el premio de 1997 fue Steven Chu, quien en algún momento fue reclutado para trabajar en la captura de átomos con láser, por un tal Arthur Ashkin… También es de destacar que Ashkin, quien cumplió 96 años el mes pasado, al parecer aún realiza experimentos… en el sótano de su casa.

Segundo avance

Para el segundo avance premiado, donde la luz es “empujada”, tenemos que volver a mediados de los ochenta. En ese momento, la tecnología láser estaba relativamente bien establecida, pero parecía imposible crear pulsos ultracortos (con una duración de picosegundos o menos) por encima de ciertas intensidades. El principal obstáculo era el daño material que se producía en el láser debido a estas altas intensidades. Gérard Mourou y Donna Strickland inventaron y demostraron experimentalmente un procedimiento para superar este obstáculo. Su técnica aprovecha el hecho de que un pulso ultrarrápido contiene muchas frecuencias, y que estas diferentes frecuencias pueden viajar a diferentes velocidades a través de un material. Esto crea el llamado “chirped pulse”, que se estira en el tiempo y, por lo tanto, tiene una potencia pico mucho más baja. Este pulso se amplifica luego en un material láser, y finalmente se comprime a su duración original, lo que resulta en un pulso de láser ultra-rápido y muy intenso. Esta técnica se llama “Chirped Pulse Amplification”, y ha conducido a la observación de fenómenos como la generación de armónicos elevados, y de pulsos con una duración inferior a 1 femtosegundo (<10-15 s), así como numerosas aplicaciones industriales y médicas.

Por otra parte, este premio Nobel de Física 2018 representa un hito histórico ya que es el primero que se otorga a una mujer en más de medio siglo, tras el otorgado a Maria Goeppert-Mayer en 1963, y el tercero en toda la historia de los Nobel de Física; el primero fue para Maria Skłodowska-Curie en 1903. Además, fue precisamente en su primera publicación científica en la que Donna Strickland, supervisada por Gérard Mourou, describió su experimento ganador del Nobel.

La conclusión es que en Ciencia la paciencia es realmente una virtud: ha llevado medio siglo para que una mujer vuelva a ganar un Nobel de Física, y tomó también medio siglo para que Arthur Ashkin fuera galardonado por su gran avance.

 

Klaas-Jan Tielrooij. Junior Group Leader. Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) 

Pablo Ordejón. Director del ICN2. Miembro del Consejo Científico de la Fundación Gadea por la Ciencia

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