«Herramientas de luz», rayos láser, se llevan el Nobel de Física 2018

“Los innovadores inventos en el campo de la física del láser” les han valido a los investigadores Arthur Ashkin de los Laboratorios Bell en Estados Unidos, Gérard Mourou de la Escuela Politécnica de Francia y la Universidad de Míchigan (EE UU) y Donna Strickland de la Universidad de Waterloo en Canadá la concesión del Premio Nobel de Física 2018, según ha anunciado hoy la Real Academia Sueca de las Ciencias.

Objetos extremadamente pequeños y procesos increíblemente rápidos se pueden observar hoy gracias a los trabajos e invenciones de los galardonados. Los avanzados y precisos instrumentos de luz que han desarrollado están abriendo áreas de investigación inexploradas y multitud de aplicaciones industriales y médicas.

Arthur Ashkin (Nueva York, 1922) inventó unas pinzas ópticas capaces de sujetar partículas, átomos, virus y otras células vivas con sus ‘dedos’ de rayos láser. Esta nueva herramienta permitió conseguir un viejo sueño de la ciencia ficción: usar la presión de la luz para mover objetos físicos. El investigador logró, mediante luz láser, empujar diminutas partículas hacia el centro del haz y mantenerlas ahí. Las pinzas ópticas se acababan de inventar.

Otro avance importante se produjo en 1987, cuando Ashkin empleó estas pinzas para capturar bacterias vivas sin dañarlas. Inmediatamente se comenzó a estudiar sistemas biológicos con esta herramienta, que hoy se usa ampliamente para investigar la maquinaria de la vida.

Los galardonados con el Nobel de Física de este año han demostrado que la luz se puede usar como ‘herramienta’ para múltiples aplicaciones. / Johan Jarnestad / The Royal Academy of Sciences

Por su parte, Gérard Mourou (Albertville-Francia, 1944) y Donna Strickland (Guelph-Canadá, 1959) reciben conjuntamente la mitad del premio porque allanaron el camino para generar los pulsos láser más cortos e intensos logrados por la humanidad. El estudio lo presentaron en 1985 en un revolucionario artículo, que además sirvió de base para la tesis doctoral de Strickland.

Gérard Mourou y Donna Strickland allanaron el camino para crear los pulsos láser más cortos e intensos logrados por la humanidad

Utilizando un ingenioso enfoque, lograron crear pulsos láser de alta intensidad y ultracortos sin destruir el material amplificador. Primero estiraron los pulsos temporalmente para reducir su potencia máxima, luego los amplificaron y finalmente los comprimieron. Cuando un pulso láser se comprime y acorta de esta manera, se empaqueta más luz en el mismo espacio pequeño, aumentando enormemente su intensidad.

Donna Strickland- Doug Dykaar

 

La nueva técnica de Strickland y Mourou, llamada amplificación de pulso gorjeado (CPA por sus siglas en inglés: chirped pulse amplification), pronto se convirtió en un estándar para los láseres de alta intensidad que se desarrollarían después. Entre sus usos figuran las millones de cirugías oculares correctivas que se realizan cada año con esta tecnología láser de alta precisión.

Aplicaciones sin explorar

Todavía no se ha explorado todo el potencial y las innumerables aplicaciones que podrían aportar las herramientas de luz. Aun así, ya permiten indagar en el micromundo para, siguiendo el espíritu de Alfred Nobel, aportar un beneficio a la humanidad.

De los nueve millones de coronas suecas con los que está dotado el Premio Nobel, Arthur Ashkin recibirá la mitad y el resto lo compartirán Gérard Mourou y Donna Strickland a partes iguales.

Strickland es la tercera mujer que gana el Premio Nobel de Física en la historia. La primera fue Marie Curie en 1903; y la segunda, Maria Goeppert-Mayer en el lejano año 1963. Es decir, que han pasado 55 años desde que este prestigioso galardón recayó por última vez en una mujer.

La rompedora tecnología CPA

Simulación gráfica de la tecnología CPA. / CLPU

 

Hasta 1985, la amplificación de la luz para obtener los láseres se había basado en ópticas de gran tamaño. El principal obstáculo era que se había alcanzado el umbral de daño impidiendo alcanzar potencias mayores.

Pero cuando llegó la chirped pulse amplification (CPA, amplificación de pulso gorjeado) se soslayó el problema amplificando la luz en dos pasos.

En primer lugar, para reducir la intensidad del láser se alarga temporalmente el pulso de luz (se obliga a cada longitud de onda a ir por distintos caminos y se amplifican cada uno de ellos por separado). Y luego, en última instancia, se vuelven a comprimir obteniendo la potencia deseada sin haber usado ópticas gigantescas.

 

El Nobel de Física 2018 lo comparten el estadounidense Arthur Ashkin (1/2 del premio), el francés Gérard Mourou (1/4) y la canadiense Donna Strickland (1/4) por sus revolucionarios avances en la física del láser