Con sus experimentos, los ganadores del Premio Nobel de Física 2023, Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier, crearon destellos de luz lo suficientemente cortos para tomar fotografías de los movimientos extremadamente rápidos de los electrones, lo cual es un logro extraordinario que permite una visión más detallada de los procesos y dinámica de esas partículas de carga eléctrica negativa que giran alrededor del núcleo de los átomos, expresaron en entrevista científicos universitarios.
Los galardonados produjeron pulsos de luz de attosegundos, es decir, que duran una trillonésima de segundo. Giuseppe Pirruccio, investigador del Instituto de Física (IF), apuntó que un attosegundo es una unidad de medición del tiempo, mil veces más rápida que un femtosegundo, que es la escala temporal más corta que se utiliza en los laboratorios de óptica ultrarápida.
Es decir, añadió José Ignacio Jiménez Mier y Terán, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN), ya se contaba con herramientas que producían pulsos de luz sumamente cortos, pero no tan breves como los attosegundos, que lo son mil veces más.
Ello es posible, abundó el académico del IF, al irradiar una nube atómica con un láser hasta arrancar uno de los electrones externos de los átomos, que se acelera en el vacío hasta que el mismo campo eléctrico del láser de excitación lo regresa al átomo de donde lo arrancó; en este proceso hay un exceso de energía que gana el electrón y que genera el pulso en la escala de attosegundos.
En tanto, Jiménez Mier y Terán detalló que cuando los átomos de un gas noble, por ejemplo de argón, kriptón o xenón, se exponen a los pulsos de luz se produce un fenómeno llamado generación de armónicos altos, lo cual, en esencia, quiere decir que los átomos reciben luz y generan más luz, pero de frecuencia más alta y de longitud de onda mucho más corta. “Si sumo esa ‘nueva’ luz, se producen los pulsos de attosegundos”.
Es un proceso, que se lleva a cabo a nivel atómico y por su naturaleza involucra altas energías. “Estos pulsos de luz existen en una región que se llama ultravioleta extrema, en la escala de energía de decenas de electronvolts”, añadió Giuseppe Pirruccio.
Por su duración extremadamente corta permiten investigar fenómenos que son extremadamente rápidos. “La idea es usarlos para visualizar fenómenos físicos como la dispersión entre electrones”, precisó Giuseppe Pirruccio. Estos pulsos son esencialmente la manera de sacar “fotos instantáneas” de un proceso físico ultrarrápido y luego recopilarlas para generar un video del mismo: así se ve el movimiento de los electrones, su oscilación.
Para darse idea de su velocidad, agregó Jiménez Mier y Terán, basta con pensar en la distancia que recorre la luz (a una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo) en un attosegundo, la cual equivaldría a recorrer la distancia de unos pocos átomos, cinco o seis, en fila. Pero en ese instante tan pequeño le pasan “cosas interesantes” a los electrones.
Por ahora, reconoció Giuseppe Pirruccio, es difícil hablar de aplicaciones tangibles de este desarrollo tecnológico, “pero todo dispositivo electrónico en su esencia tiene que ver con la dinámica electrónica”. Quizá haya procesos que puedan mejorar en su eficiencia, o limitar ciertas pérdidas conociendo la física fundamental de la dinámica electrónica de cualquier aparato que utilizamos en la actualidad.
Desde el punto de vista químico se podrá ver cómo evoluciona la nube electrónica de una molécula en su estado excitado, los detalles tempranos de la ruptura y formación de enlaces químicos, etcétera, lo cual ocurre demasiado rápido para que se pueda observar sin esta tecnología.
José Ignacio Jiménez coincidió en que este avance científico, tarde o temprano tendrá implicaciones importantes en nuestra vida diaria, con dispositivos más rápidos o eficientes al poder controlar en “tiempo real” la dinámica de los electrones, y así lograr que los dispositivos funcionen de manera más controlada.
¿Se podrán conseguir pulsos aún más rápidos? “Hace pocos años leí un artículo en una de las mejores revistas de física de todo el mundo, con una propuesta de investigadores españoles y estadounidenses que hablaban de yoctosegundos, mil veces más rápidos que los attosegundos, y de los zeptosegundos, mil veces más rápidos que los yoctos, es decir, un millón de veces más rápidos que los attosegundos. No se ve un impedimento para llegar a estos extremos, donde ya hablamos de la luz y el tiempo que le toma cruzar un núcleo atómico”, precisó el integrante del ICN.
El Premio que otorga la Real Academia Sueca de las Ciencias será compartido por Pierre Agostini, quien nació en Francia en 1968 y es profesor emérito de la Universidad Estatal de Ohio, Estados Unidos; Ferenc Krausz, originario de Hungría, en 1962, y director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Alemania, y la francesa Anne L’Huillier, nacida en 1958 y profesora de la Universidad de Lund, Suecia.
