Charles Townes
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Adiós al físico que consiguió disciplinar la luz con su invento del láser

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El libro de los Proverbios dice de la sabiduría: «Larga vida hay en su mano derecha, en su mano izquierda, riquezas y honra». Seguro que Charles Townes, que fue toda su vida un devoto cristiano, conocía bien un versículo que parecía escrito para él. Vivió (casi) cien años, fue uno de los físicos más respetados del siglo XX, y aunque no consiguió grandes riquezas para sí mismo, su invento, el láser, mueve hoy cada año cerca de 20 mil millones de dólares.

Cuando en 1958 publicó su artículo «Infrared and optical masers», Townes no tenía en mente los CDs, las impresoras láser, las comunicaciones por fibra óptica, las armas de la «guerra de las galaxias» (la del cine y la de Ronald Reagan) o la cirugía ocular. Y mucho menos el último gran éxito: la depilación láser.

Townes había pasado la guerra desarrollando sistemas de radar, lo que le había convertido en un experto en microondas, y su objetivo era usar esta radiación para estudiar moléculas en lugar de detectar aviones enemigos. Pero tenía un problema: necesitaba una fuente de radiación intensa y pura, algo que parecía imposible de conseguir. Una mañana, de viaje en Washington, se despertó antes de tiempo, y se sentó en un parque, esperando que se hiciera la hora del desayuno en el hotel. Allí, en un momento de inspiración, vio de repente la solución. Apuntó la idea en un trozo de papel y de vuelta a la Universidad de Columbia se puso a trabajar. Dos años después había creado, con sus colaboradores, el primer máser de amoníaco. Cinco años más tarde, con su cuñado Arthur L. Schawlow, consiguió el mismo efecto de amplificación con luz visible: el máser (con m de microondas) se había convertido en láser (con l de luz: es el acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

Cuando se emite luz, es porque en un átomo un electrón «cae» de un nivel de alta energía («excitado») a otro de baja energía, y esa energía sobrante se desprende en forma de fotones. En un objeto caliente, como el filamento de una bombilla, hay muchos electrones «excitados», pero esa emisión, aunque sea intensa, es desordenada: el equivalente óptico de un ruido, ondas de frecuencias diferentes y mutuamente desfasadas al azar. En aquel banco del parque, Townes cayó en la cuenta de cómo fabricar un diapasón óptico: una fuente emisora de una frecuencia absolutamente pura. La idea era usar la emisión estimulada, un sorprendente fenómeno que había sido predicho por Einstein en 1916. Aquí, un fotón desencadena la emisión de otro fotón pero no aleatoriamente: el nuevo fotón tiene exactamente la misma frecuencia que el inicial y está en fase con ella. Este, a su vez, provoca más emisiones, de modo que en determinadas condiciones podría crearse una reacción en cadena, que amplificara enormemente la intensidad de la luz inicial. Si los fotones de la luz ordinaria de una bombilla son como una multitud desordenada, los de la «luz coherente» del láser son como una tropa de soldados marchando en formación, listos para abordar cualquier misión: desde leer un DVD a cortar una plancha de acero.

Juan Meléndez Sánchez es Profesor Titular y miembro del Laboratorio Infrarrojo de la Universidad Carlos III de Madrid. Ha publicado recientemente «De Tales a Newton: ciencia para personas inteligentes».