La versatilidad del láser gana el Premio Nobel de Física

Si te sometiste a una cirugía ocular con láser te tiraste los lentes, puedes agradecer a algunos de los ganadores del Premio Nobel de Física de este año. El premio honra a un trío de físicos que inventaron herramientas láser que se han vuelto omnipresentes en los laboratorios de investigación y más.

 

Entre ellos se encuentran la persona de mayor edad nombrada Premio Nobel y la primera mujer en compartir el premio de física en 55 años.

Arthur Ashkin, de 96 años, recibió la mitad del premio de un millón de dólares por la invención de las pinzas ópticas, una técnica que utiliza rayos láser enfocados para sostener y manipular objetos pequeños, incluidos virus, bacterias y células individuales. El reconocimiento del avance que Ashkin hizo en 1986 en los famosos Laboratorios Bell en Holmdel, Nueva Jersey, “está muy atrasado“, dice Philip Jones, físico óptico en el University College London.

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Arthur Ashkin | NOKIA BELL LABS

La otra mitad del premio honra a Gérard Mourou, de 74 años, de la École Polytechnique

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Donna Strickland | UNIVERSIDAD DE WATERLOO

en Palaiseau, Francia, y a Donna Strickland, de 59 años, de la Universidad de Waterloo en Canadá, por su invención de la amplificación de pulso (CPA), una técnica que refuerza La intensidad de los pulsos láser ultracorta. Strickland es la primera mujer en ganar el Nobel de física desde que Maria Goeppert Mayer lo ganó en 1963. “Finalmente“, dice Anne L’Huillier, física atómica de la Universidad de Lund en Suecia.

Las pinzas ópticas utilizan las fuerzas sutiles de la luz para tirar de objetos pequeños. El campo eléctrico en la luz láser puede polarizar un material transparente, como el citoplasma plástico o celular. Luego, el material polarizado experimenta una fuerza que lo atrae hacia donde el campo eléctrico es más fuerte, generalmente el centro de la viga. Mueve la viga y podrás tirar del objeto.

Ashkin realizó su trabajo original con perlas de plástico microscópicas, que se pueden enganchar en el extremo de una molécula de ADN para estirarlo. Pero las pinzas ópticas también pueden arrancar y producir células vivas en sí mismas. Caroline Adiels, bióloga de la Universidad de Gotemburgo en Suecia, los emplea para medir las propiedades mecánicas de la levadura, las bacterias y las diatomeas. “Uso la técnica a diario“, dice ella. De manera similar, Jones está utilizando la técnica para probar su hipótesis de que los glóbulos rojos en pacientes con diabetes tipo 2 son anormalmente rígidos, una de las razones por las que la condición a menudo daña los vasos sanguíneos finos de los ojos.

Mourou y Strickland inventaron el CPA cuando los físicos luchaban por aumentar la intensidad de los pulsos láser muy cortos. Una vez que el pulso del láser se vuelve demasiado intenso, distorsiona las propiedades del medio de amplificación, impidiendo una mayor amplificación, explica John Collier, físico láser y director de la Central Laser Facility (CLF) en el Laboratorio Rutherford Appleton en Didcot, Reino Unido.

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Gérard Mourou | FOTO DE CHRISTOPHE ENA / AP

Strickland era el estudiante graduado de Mourou en la Universidad de Rochester en Nueva York cuando, en 1985, los dos encontraron una forma inteligente de solucionar este problema. Su esquema primero divide un pulso láser en sus componentes de frecuencia, por ejemplo, reflejándolo en una rejilla de difracción. Esos componentes extendidos se pueden ejecutar a través de amplificadores separados sin sobrecargarlos. Finalmente, los componentes reforzados se recombinan en un pulso corto mucho más intenso que el original.

El CPA es ahora la base para la mayoría de los sistemas de láser de femtosegundos, incluidos los utilizados en la cirugía ocular con láser, en la que un pulso de luz láser corta rápidamente la lente antes de que el tejido circundante tenga tiempo de calentarse. “Me complace que el comité haya reconocido esta ciencia, que está generando mucho valor“, dice Toshiki Tajima, un físico láser de la Universidad de California en Irvine. Al acumular energía en un pulso tan corto, los láseres también pueden alcanzar potencias de energía, lo que es útil para crear altas temperaturas, poderosos campos electromagnéticos y otras “condiciones extremas que de otra manera no se encontrarían en la tierra“, dice Collier.

Científicos de todo el mundo están compitiendo para construir el láser más poderoso, con el CPA como una herramienta esencial. Investigadores en Corea del Sur han probado un láser con la friolera de 4 petawatts de energía, dice Collier. CLF planea reemplazar su actual láser de 1 petawatt con un sistema de 20 petawatt, y los físicos en China pretenden construir una Estación de Luz Extrema con un láser de 100 petawatt. En ese nivel, la luz podría “romper el vacío” y rasgar los pares de partículas antipartículas del espacio vacío. Mourou ha desempeñado un papel central en la promoción de este tipo de instalaciones de láser, incluida la Europa Extreme Light Infrastructure, una red de 850 millones de Euros de laboratorios de láser en desarrollo en la República Checa, Hungría y Rumania.

Tanto L’Huillier como Adiels elogiaron el premio por reconocer las contribuciones de las mujeres en física. “Son pequeños pasos, pero al menos algo está sucediendo“, dice Adiels. Mientras que 206 hombres han ganado o compartido el premio de física, solo tres mujeres, incluyendo Strickland, han recibido ese honor. Ese recuento sesgado pareció sorprenderla cuando se lo comunicaron en la conferencia previa que anunciaba el premio. “¿Eso es todo?” Strickland preguntó. “¿De Verdad?“.

Esta información ha sido publicada originalmente en Science

 

 

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