El Premio Nobel de Física es para un trío de científicos por estudiar la dinámica de los electrones

Los científicos Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier ganaron el Premio Nobel de Física 2023 por “métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundos para el estudio de la dinámica de los electrones en la materia”, dijo el organismo que otorga el premio.

El mérito de los científicos recae en que han demostrado una forma de crear pulsos de luz extremadamente cortos que se pueden utilizar para medir los procesos rápidos en los que los electrones se mueven o cambian de energía.

El premio, que este año fue elevado a 11 millones de coronas suecas (alrededor de 1 millón de dólares), lo otorga la Real Academia Sueca de Ciencias.

El de Física es el segundo Nobel que se otorga esta semana, después de que la científica húngara Katalin Kariko y su colega estadounidense Drew Weissman ganaran el premio de medicina por realizar descubrimientos en moléculas de ARNm que allanaron el camino para las vacunas contra el Covid-19.

En esta ocasión, el máximo galardón científico de Física fue otorgado a Pierre Agostini, Anne L’Huillier y Ferenc Krausz, de las universidades de Ohio, Lund y del Instituto Max Planck, respectivamente. ¿En qué consiste? Bueno, los eventos que se mueven rápidamente fluyen entre sí cuando son percibidos por los humanos, al igual que una película que consiste en imágenes fijas se percibe como un movimiento continuo. Si se quiere investigar eventos realmente breves, se necesita tecnología especial. En el mundo de los electrones, los cambios ocurren en unas pocas décimas de attosegundo.

Un attosegundo equivale a una trillonésima parte de un segundo. Es tan corto que hay tantos en un segundo como segundos desde el nacimiento del universo hasta ahora.

Los experimentos de los galardonados han producido pulsos de luz tan cortos que se miden en attosegundos, lo que demuestra que estos pulsos se pueden utilizar para proporcionar imágenes de procesos dentro de átomos y moléculas.

En 1987, Anne L’Huillier descubrió que muchos matices diferentes de luz surgieron cuando transmitió luz láser infrarroja a través de un gas noble. Cada sobretono es una onda de luz con un número dado de ciclos para cada ciclo en la luz láser. Son causadas por la luz láser que interactúa con los átomos en el gas que le da a algunos electrones energía extra que luego se emite como luz. Anne L’Huillier ha continuado explorando este fenómeno, sentando las bases para avances posteriores.

En 2001, Pierre Agostini logró producir e investigar una serie de pulsos de luz consecutivos, en los que cada pulso duró solo 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Ferenc Krausz estaba trabajando con otro tipo de experimento, uno que permitía aislar un solo pulso de luz que duraba 650 attosegundos.

Las contribuciones de los galardonados han permitido la investigación de procesos que son tan rápidos que antes eran imposibles de seguir.

“Ahora podemos abrir la puerta al mundo de los electrones. La física de attosegundos nos da la oportunidad de comprender los mecanismos que están gobernados por electrones. El siguiente paso será utilizarlos”, dijo en un comunicado Eva Olsson, presidenta del Comité Nobel de Física.

Existen aplicaciones potenciales en muchas áreas diferentes. En electrónica, por ejemplo, es importante entender y controlar cómo se comportan los electrones en un material. Los pulsos de attosegundos también se pueden usar para dentificar diferentes moléculas, como en el diagnóstico médico.

El PhD en Ciencias, mención Física, e investigador del Instituto de Ciencias Aplicadas de la Universidad Autónoma de Chile, Vicente Salinas, explica que “si bien la motivación inicial de la y los investigadores galardonados con el Nobel era el entendimiento y la medición del comportamiento de electrones, lo desarrollado permite tener futuras aplicaciones en distintas áreas de la ciencia”.

Dada la tecnología que han desarrollado con la física del attosegundo, es posible tener información que antes no era posible acceder. “Por ejemplo es posible detectar la emisión ultra rápida de fotones que se generan al excitar con luz marcadores de cáncer en pulmón. De hecho, uno de los galardonados trabaja actualmente en la perfección de esta técnica”, agrega Salinas.

Otra aplicación que podría tener este hito científico, agrega el investigador, recae en que debido a la alta velocidad de respuesta con dicha técnica también “podría ser posible medir el movimiento de pequeñas imperfecciones al interior de materiales y dicho movimiento nos podría dar cuenta de el estado de daño en etapas muy tempranas de materiales sometidos a esfuerzos mecánicos”.

Creados por voluntad del inventor de la dinamita y empresario Alfred Nobel, los premios por logros en ciencia, literatura y paz se han otorgado desde 1901 con algunas interrupciones, convirtiéndose posiblemente en el honor más alto para los científicos de todo el mundo.

Si bien el premio a la paz, a veces controvertido, puede acaparar la atención, el premio de física también ha ocupado a menudo el centro de atención con ganadores como Albert Einstein y premios a la ciencia que ha cambiado fundamentalmente la forma en que vemos el mundo.