Octubre, 2023
Los físicos franceses Pierre Agostini y Anne L’Huillier, junto al húngaro Ferenc Krausz, reciben el galardón por desarrollar métodos experimentales que generan brevísimos pulsos de luz para estudiar la dinámica de los electrones en el interior de átomos y moléculas. L’Huillier es la quinta mujer que consigue este galardón. (En un artículo complementario, Rui Silva y Álvaro Jiménez Galán explican el significado de este galardón).
La Real Academia Sueca de las Ciencias ha concedido el Premio Nobel de Física 2023 a Pierre Agostini de la Universidad Estatal de Ohio (Estados Unidos), Ferenc Krausz del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Universidad de Múnich (Alemania), y Anne L’Huillier de la Universidad de Lund (Suecia) “por los métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundos (10−18 s) para el estudio de la dinámica de los electrones en la materia”.
Los tres Premios Nobel de Física 2023 han sido reconocidos por sus experimentos, que han proporcionado a la humanidad nuevas herramientas para explorar el mundo de los electrones en el interior de átomos y moléculas. Han demostrado una forma de crear pulsos de luz extremadamente cortos que pueden utilizarse para medir los rápidos procesos en los que los electrones se mueven o cambian de energía.
Imágenes del interior de átomos y moléculas
El ser humano percibe los eventos que se suceden a gran velocidad como si fluyeran unos dentro de otros, del mismo modo que una película compuesta de imágenes fijas se percibe como un movimiento continuo. Si queremos investigar acontecimientos realmente breves, necesitamos una tecnología especial.
En el mundo de los electrones, los cambios se producen en unas décimas de attosegundo, tan corto que hay tantos en un segundo como segundos ha habido desde el nacimiento del universo.
Los experimentos de los galardonados han producido pulsos de luz tan cortos que se miden en attosegundos, demostrando así que estos se pueden utilizar para proporcionar imágenes de procesos en estructuras a escala atómica y molecular.
Anne L’Huillier, nacida hace 65 años en París, descubrió en 1987 que aparecían diferentes matices luminosos cuando transmitía luz láser infrarroja a través de un gas noble, un fenómeno vinculado a la interacción del láser con los átomos del gas, según ha subrayado la Academia sueca en un comunicado. El láser proporciona energía extra a los electrones y es emitida como luz. L’Huillier detalló este proceso, abriendo la puerta a los siguientes avances.
En 2001, el también francés Pierre Agostini (1941) consiguió producir e investigar una serie de pulsos de luz consecutivos, en los que cada pulso duraba sólo 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Ferenc Krausz (Mór-Hungría, 1962) trabajaba con otro tipo de experimento, uno que permitía aislar un único pulso de luz que duraba 650 attosegundos.
Seguir procesos ultrarrápidos
“Las contribuciones de los galardonados han permitido investigar procesos que son tan rápidos que antes eran imposibles de seguir”, ha celebrado la Academia en su comunicado.
“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”, afirmaba Eva Olsson, presidenta del Comité Nobel de Física.
Hay aplicaciones potenciales en muchas áreas diferentes. En electrónica, por ejemplo, es importante entender y controlar cómo se comportan los electrones en un material. Además, los pulsos de attosegundos se pueden emplear para identificar distintas moléculas, como en el diagnóstico médico.
Quinta premio Nobel de Física
Desde que se comenzó a conceder en 1901 el Premio Nobel de Física, dotado actualmente con 11 millones de coronas suecas, sólo cinco mujeres lo han recibido: Marie Curie (1903), Maria Goeppert-Mayer (1963), Donna Strickland (2018), Andrea Ghez (2020) y ahora, en 2023, Anne L’Huillier. 
Fuente: Nobel Prize
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Nobel de Física 2023 para el pulso de luz capaz de iluminar el ínfimo y vertiginoso mundo subatómico
Rui Silva / Álvaro Jiménez Galán
El Premio Nobel en Física de 2023 ha sido otorgado a tres investigadores: Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier, por el desarrollo de “métodos experimentales capaces de generar pulsos de luz de attosegundos para estudiar el movimiento de los electrones en la materia”. ¿Por qué esto es importante?
Tecnología que permite ver lo invisible
En el siglo XIX, la creencia común era que los caballos galopaban con las extremidades extendidas cuando sus pies estaban despegados del suelo. Nadie podía saberlo realmente porque el galope ocurre a escalas de tiempo inferiores a las que el ojo humano puede descifrar.
No fue hasta el desarrollo de fotografías con tiempos de exposición menores cuando se descubrió que, en realidad, la creencia común era errónea: las extremidades se contraen cuando el caballo está en el aire.
De la misma manera que para entender el movimiento de un caballo fue necesario el desarrollo tecnológico de la fotografía, para entender el movimiento de los electrones necesitamos “cámaras fotográficas” capaces de funcionar a la escala natural en la que los electrones orbitan alrededor del núcleo atómico: el attosegundo.
Estas “cámaras fotográficas” son en realidad láseres de luz pulsada en los que la duración de cada pulso es de unos pocos attosegundos.
¿Cómo de corto es un attosegundo?
Un attosegundo son 0,000000000000000001 segundos. Para entender la magnitud de este intervalo de tiempo, un attosegundo es a un segundo lo que un segundo es a la edad del universo.
Este premio Nobel reconoce a tres investigadores que han logrado producir y caracterizar pulsos de luz con duraciones de attosegundos y han proporcionado la herramienta, la nueva “cámara de fotos”, que nos permite estudiar y controlar lo hasta hora invisible: el movimiento electrónico en átomos, moléculas y sólidos. Ahora podemos ver cómo se mueven las patas del caballo.
El proceso sobre el que se asienta la actual tecnología de attosegundos se llama generación de altos armónicos, y fue descubierto por Anne L’Huillier y sus colaboradores en 1987 en los laboratorios de París-Saclay en Francia.
Cuando iluminamos un átomo con un haz de luz láser muy intenso de una determinada frecuencia, los electrones en el interior del átomo se empiezan a mover guiados por el fuerte campo electromagnético. La radicación emitida contiene la frecuencia fundamental, pero también múltiplos de esta: los armónicos. De la misma forma que ocurre en las cuerdas de una guitarra.
Para entender este proceso fue fundamental una teoría llamada modelo de tres pasos, la cual relacionaba de manera sencilla las propiedades de la radiación emitida (amplitud, fase y polarización) con la dinámica electrónica que ocurre en menos de un ciclo óptico.
Los armónicos de luz
Gracias a la teoría de tres pasos, se supo que la radiación emitida por los átomos bajo un campo electromagnético fuerte viene en forma de trenes de pulsos de luz de una duración muy breve. En 2001, Pierre Agostini, otro de los galardonados, y sus colaboradores midieron y determinaron la duración de cada uno de estos trenes de luz, hallando un valor de 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Ferenc Krausz y su equipo en Viena consiguieron aislar uno de los pulsos del tren, generando y caracterizando un solo pulso de luz de duración de 650 attosegundos, el flash más corto producido por la humanidad en aquel momento.
Actualmente, el pulso de luz más corto conseguido apenas dura 43 attosegundos.
¿Por qué es importante?
La física de attosegundos nos permite observar el movimiento de los electrones, y hacerles fotos, pero también controlar cómo se mueven en los átomos, moléculas y materiales.
Si podemos controlar electrones y cambiarlos, de un modo casi inmediato, también cambiaremos en un instante las propiedades de un material. De cualquier material, de hecho. La attofísica está cambiando la manera en que manipulamos la materia.
Utilizando estos pulsos de attosegundos en moléculas, pequeñas pero complejas, podremos modificar sus propiedades químicas a voluntad. De la misma manera, utilizándolos en sólidos, podremos manipular sus propiedades electrónicas y generar dispositivos que operen a frecuencias de petahertzios —seis órdenes de magnitud más rápidos que la CPU más rápida actualmente.
Los tres galardonados con el Premio Nobel de Física de 2023 encendieron la luz del desconocido mundo subatómico en movimiento, algo que puede tener una importancia primordial en la manipulación de reacciones químicas y de procesos biológicos, así como en desarrollo de componentes optoelectrónicos más rápidos y eficientes que además conserven las propiedades cuánticas.
Se hizo la luz.
