Técnica para ver el mundo ultra rápido de los electrones gana el Premio Nobel de Física 2023.

Los vistazos al mundo ultrarrápido de los electrones están cambiando la visión de los científicos sobre el funcionamiento interno de los átomos y las moléculas. La Real Academia Sueca de las Ciencias anunció el 3 de octubre que el Premio Nobel de Física 2023 se otorga a tres físicos que iluminaron este ámbito con pulsos ultracortos de luz.

Los físicos Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L'Huillier se dividirán el premio de 11 millones de coronas suecas (aproximadamente 1 millón de dólares) otorgado "por los métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundo para el estudio de la dinámica de los electrones en la materia".

Dentro de los átomos y moléculas, los electrones se mueven a velocidades extremas. Capturar su movimiento de ida y vuelta solo es posible con pulsos de luz extremadamente cortos. Es similar a un destello de cámara que dura solo attosegundos, o billonésimas de billonésimas de segundo.

Los seres humanos han tratado durante mucho tiempo de medir procesos con cada vez mayor precisión, dice Peter Armitage, físico de la Universidad Johns Hopkins. "Con la llegada de los láseres, los intervalos de tiempo que podías medir se volvieron cada vez más cortos [porque] lo estás haciendo con pulsos de luz ultrarrápidos".

A lo largo de décadas, los investigadores han perfeccionado la capacidad de crear ráfagas de luz casi instantáneas (SN: 3/12/10). En la década de 1980, L'Huillier, actualmente en la Universidad de Lund en Suecia, notó que la luz láser infrarroja enviada a través de un gas crearía luz de varias longitudes de onda, lo que se conoce como generación de armónicos altos. El efecto es resultado de la interacción de esa luz con los electrones en el gas, gracias a un proceso que la investigación de L'Huillier ayudó a clarificar.

Estas otras longitudes de onda, conocidas como armónicos o sobretónicas, son similares a los sobretónicos que ayudan a dar a los instrumentos musicales sus sonidos característicos. Al combinar las combinaciones correctas de sobretónicas, se obtienen pulsos de luz muy cortos. Con este método, los investigadores liderados por Agostini, actualmente en la Universidad Estatal de Ohio en Columbus, en 2001 produjeron una serie de pulsos de luz, cada uno de los cuales duraba solo 250 attosegundos. Ese mismo año, Krausz, ahora en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, Alemania, y sus colegas crearon pulsos únicos que duraban solo 650 attosegundos. Hoy en día, los científicos pueden crear pulsos mucho más cortos de decenas de attosegundos.

"Personalmente, me fascinó este campo desde el principio, y es por eso que continué con él durante muchos, muchos años", dijo L'Huillier en una llamada telefónica durante el anuncio. L'Huillier es apenas la quinta mujer en recibir el Premio Nobel de Física. "No hay tantas mujeres que obtengan este premio, así que es muy, muy especial", dijo.

Los científicos han utilizado esta técnica para explorar el comportamiento de los electrones dentro de los átomos y las moléculas. Por ejemplo, la técnica ha revelado la escala de tiempo para el efecto fotoeléctrico, en el que la luz saca un electrón de un átomo, y detalles del túnel cuántico, en el que los electrones atraviesan barreras que parecen insuperables (SN: 7/6/17).

La técnica también revela el comportamiento de las moléculas. "Puedes observar los movimientos de las propias moléculas, básicamente para hacer películas del movimiento molecular", dice Armitage. "Y esto es de un gran interés para muchas cosas: desde comprender por qué algunos materiales son superconductores a altas temperaturas, hasta aplicaciones fotovoltaicas, recolectando energía a través de la luz... Creo que esto es solo el comienzo".

Robert Rosner, físico teórico de la Universidad de Chicago, dice que una aplicación implica diseñar materiales desde cero. "La química se trata de cómo los electrones interactúan entre sí", dice. "Es como construir una casa, y necesitas saber qué va primero y cuál es el siguiente paso". Pero en este caso, quieres seguir lo que hacen los electrones durante la síntesis química, algo que los pulsos de luz ultracortos pueden hacer. "Realmente abre una forma completamente nueva de pensar en cómo realmente creamos cosas".

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