Los 'fotógrafos' del attosegundo, Premio Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas

Estos tres galardonados han conseguido desarrollar técnicas de vanguardia que permiten a los físicos observar el movimiento de los electrones de un átomo a la escala de un attosegundo. «Esta es una frontera brutal del conocimiento que hemos pasado», señala el profesor titular de la Universidad de Salamanca. «Esto nos permite ver cómo varía el tiempo en procesos tan breves», apunta. «En el espacio de tiempo más breve que existe», apostilla. Tanto como 0,000000000000000001 segundos.

«Esa es la escala de tiempo a la que se mueven los electrones en todos los átomos de los que se compone la materia, incluyendo nuestros propios cuerpos» destaca Fernando Martín, catedrático de Química Física de la Universidad Autónoma de Madrid, director científico de IMDEA-Nanociencia y nominador de los tres premiados. «Si controlando el movimiento de los electrones en nanosegundos hemos hecho ordenadores, imagina qué podríamos hacer controlando un millón de segundos más rápido», responde Hernandez.

El primer paso de este revolucionario hallazgo llegó en el espacio de trabajo de Anne L'Huillier en la Universidad de Lund (Suecia) a final de los años 80 del pasado siglo. La física francesa alcanzó la frecuencia más alta jamás lograda al hacer interaccionar pulsos de luz láser con la materia.

Un hallazgo al que llegó tras querer ver qué sucedía al someter a los átomos a los pulsos breves e intensos de luz láser infrarroja. El resultado no fue el esperado, sino que se sorprendió al comprobar que los átomos parecían emitir ondas de luz a altísimas frecuencias. «Era muy fascinante, fue el primer paso para generar un pulso de attosegundos», señala L'Huillier. «El láser actúa sobre los átomos como las olas de mar sobre una alga sujeta en una roca. Cada vez que llega una ola, el alga se extiende completamente, para luego replegarse cuando la ola se retira. Por eso, las algas oscilan arriba y abajo en sintonía con las olas. De la misma forma, la llegada de un pulso de láser provocaba que los electrones, que envuelven a los átomos, se alejaran, y posteriormente volvieran a su posición inicial cuando el pulso de láser se retiraba», explica.

Esta base teórica es la que años más tarde Paul Corkum (Universidad de Ottawa en Canadá) y Ferenc Krausz (Instituto Max Planck de Óptica Cuántica) concluyeron que «podría ser la base para generar los pulsos de luz más cortos jamás creados». Ambos tenían presente que, en general, los pulsos cortos de luz eran el vehículo para llegar a observar el universo de lo pequeño.

Sin embargo, no todo estaba conseguido, ya que los pulsos, a pesar de ser breves llegaban en una sucesión de muchos seguidos. «Tener todo el tren de pulsos es más o menos como tener una cámara que tiene una velocidad de obturación altísima. Pero, en lugar de abrir el obturador una sola vez, lo abre y lo cierra todo el tiempo, y eso no suele ser muy útil. Lo que quieres es poder abrir el obturador una vez y cerrarlo muy rápido, para tomar una sola foto», revela Krausz.

Para aislar ese pulso de luz decidieron acortar el pulso inicial de luz infrarroja, el que hace la ola de mar siguiendo el ejemplo de L'Huillier, para que el electrón, en este caso el alga, subiera y bajara una sola vez. «Así fue como obtuvieron un solo pulso de luz de unos cien attosegundos de duración», detalla la Fundación BBVA en un comunicado. «Este es el nacimiento de la attofísica experimental», comenta Krausz.

Ahora que la física de los attosegundos ha demostrado claramente su potencial, los premiados tratan de exprimirla al máximo para conocer a fondo la materia de la que está compuesta la naturaleza y desarrollar posibles aplicaciones en campos como la electrónica y la biomedicina. «Este campo de investigación se está expandiendo en muchas direcciones», valora L'Huillier.

«Soy más cauto en la aplicación», apunta Hernández. «Ahora estamos descubriendo qué es y estamos haciendo como películas, por ejemplo, de una reacción química», detalla. «Si la ves, quizá luego la puedas replicar y eso es muy interesante y muy importante», apostilla.

Krausz pone sus miradas en el campo de la informática. «Los electrones desempeñan un papel extremadamente importante en los nanocircuitos, son los responsables de conectar y desconectar la corriente eléctrica y, de este modo, procesar la información a velocidades cada vez mayores. Si queremos agilizar el procesamiento de señales para construir ordenadores cada vez más potentes», narra. «También puede ser fundamental para saber cómo se disipa el calor en un material y avanzar en el tema de los semiconductores» añade el Carlos Hernández.

No obstante, el trabajo de Ferenc Krausz va más allá de este ámbito y ya explora el potencial biomédico de estos pulsos para diagnosticar enfermedades. «Con esta técnica hemos podido detectar ocho tipos diferentes de cáncer», señala el físico húngaro-austríaco. Estas mediciones, según argumenta el científico, podrían ser muy útiles en el futuro para diagnosticar multitud de enfermedades de manera temprana. Actualmente Krausz está tratando de validar los resultados mediante un ensayo clínico con 10.000 personas a lo largo de varios años, y su esperanza es que pueda llegar a aplicarse de aquí a una década.