Nobel de Física 2023 para las herramientas de luz que permiten ver en tiempo real qué pasa en el interior de los átomos

En el interior de un átomo los cambios ocurren en unas pocas décimas de attosegundo, un intervalo de tiempo que equivale a la trillonésima parte de un segundo. Para hacernos una idea, un attosegundo es tan corto que hay tantos en un segundo como segundos ha habido desde el nacimiento del universo. Si queremos ver qué ocurre, necesitamos una herramienta capaz de trabajar a una escala de tiempo increíble, la más breve captada por el ser humano.

Eso es lo que han logrado los investigadores franceses Pierre Agostini y Anne L'Huillier y el húngaro Ferenc Krausz, que este martes han sido distinguidos con el Premio Nobel de Física 2023 por la creación de una técnica con pulsos de luz capaz de ver sin perder detalle lo que ocurre en el interior de los átomos. De esta forma, fueron capaces de observar el movimiento o el cambio de energía de los electrones en la escala de tiempo más breve captada por el ser humano.

En 1987, L'Huillier (Universidad de Lund, Suecia) descubrió que surgían muchos matices de luz diferentes cuando transmitía luz láser infrarroja a través de un gas noble. Su trabajo sentó las bases para avances posteriores. En 2001, Agostini (Universidad Estatal de Ohio, Estados Unidos) logró producir e investigar una serie de pulsos de luz consecutivos, cada uno de los cuales duraba sólo 250 attosegundos. Al mismo tiempo, Krausz (Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, Alemania) estaba trabajando en otro tipo de experimento, uno que permitía aislar un único pulso de luz que duraba 650 attosegundos. Tanto L'Huillier como Krausz fueron previamente galardonados este año con el Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas.

Como explica la Real Academia de las Ciencias sueca, las contribuciones de los galardonados han permitido investigar procesos que son tan rápidos que antes eran imposibles de seguir. Estas herramientas son como una cámara con un tiempo de exposición tan asombrosamente ultrarrápido que es capaz de captar incluso el movimiento de un electrón que tarda 150 attosegundos en dar una vuelta completa en torno al núcleo de un átomo de hidrógeno.

«Ahora podemos abrir la puerta al mundo de los electrones. La física de attosegundos nos brinda la oportunidad de comprender los mecanismos por los que se rigen los electrones. El siguiente paso será utilizarlos», afirma Eva Olsson, presidenta del Comité del Nobel de Física.

Gracias a la attofísica hoy es posible realizar observaciones directas de fenómenos de la naturaleza que anteriormente estaban vetados a la percepción humana. Fernando Martín Garci, catedrático de la Universidad Autónoma de Madrid y director científico del instituto IMDEA Nanociencia, conoce bien a los premiados. En quince años, ha escrito ocho artículos científicos L'Huillier, a quien describe como una investigadora «magnífica». A su juicio, el trabajo de estos tres científicos supone «un descubrimiento espectacular que ha roto una barrera temporal en lo que se podía observar hasta ahora».

Pero además esta tecnología tiene aplicaciones potenciales en muchas áreas diferentes. Por ejemplo, «la posibilidad de manipular el movimiento de los electrones nos puede permitir el diseño de nuevos materiales», dice Martín, quien también es coordinador de la red europea en química de attosegundos. Igualmente, puede ser muy útil en química industrial, «por la posibilidad de inducir reacciones químicas que no son posibles hoy en día o impedir que se produzcan».

Incluso se estudian aplicaciones biomedicina: «El propio Kraunz intenta usar lo pulsos de attosegundo como una herramienta para el diagnóstico precoz del cáncer de pulmón, de manera aún muy preliminar. Existen evidencias de que, al iluminar la materia, se puedan detectar algunos marcadores cancerígenos de una manera más eficaz», explica Martín. También se explora si, más allá del diagnóstico, estos pulsos de luz pueden utilizarse para combatir las células tumorales. Además, podría aplicarse a tecnologías cuánticas, algo aún en fase de exploración, para resolver algunos de sus problemas principales.