Se anunció el Premio Nobel de Física de 2023, que fue otorgado a tres científicos que han revolucionado el estudio de la dinámica de los electrones en la materia: Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier. Sus investigaciones han permitido generar y utilizar pulsos de luz extremadamente cortos, del orden de los attosegundos, para observar y controlar los movimientos de los electrones dentro de los átomos y las moléculas.

¿Qué son los attosegundos?

Un attosegundo es una unidad de tiempo muy pequeña, equivalente a una trillonésima parte de un segundo. Para tener una idea de lo que significa, un attosegundo es a un segundo lo que un segundo es a unos 32 mil millones de años, más o menos la edad del universo. En un attosegundo, la luz recorre solo unos pocos nanómetros, que son mil millonésimas partes de un metro.

¿Cómo se generan los pulsos de luz de attosegundos?

Los pulsos de luz de attosegundos se generan a partir de pulsos de luz láser muy intensos e infrarrojos, que interactúan con un gas de átomos. Cuando el láser incide sobre el gas, arranca algunos electrones de los átomos y los acelera. Luego, estos electrones vuelven a sus átomos y emiten pulsos de luz ultravioleta muy breves y sincronizados, que forman un tren de pulsos de attosegundos.

¿Para qué sirven los pulsos de luz de attosegundos?

Los pulsos de luz de attosegundos son una herramienta muy poderosa para estudiar la dinámica de los electrones en la materia, ya que permiten capturar imágenes y vídeos del movimiento de estos en escalas temporales muy cortas. Los electrones son las partículas responsables de las propiedades químicas, ópticas y eléctricas de la materia, por lo que conocer su comportamiento es fundamental para entender y manipular la naturaleza.

Los pulsos de luz de attosegundos se pueden usar para medir el tiempo que tarda un electrón en saltar entre dos átomos o moléculas, lo que se conoce como transferencia electrónica. Este proceso es clave en muchas reacciones químicas y biológicas, como la fotosíntesis o la respiración celular. También se pueden usar para observar cómo se rompen o se forman enlaces químicos, o cómo se crean o se aniquilan pares electrón-hueco en los semiconductores, lo que tiene implicaciones en la electrónica y la informática.

Además, los pulsos de luz de attosegundos se pueden combinar con otros tipos de luz, como rayos X o rayos gamma, para crear fuentes coherentes y controlables de radiación electromagnética con propiedades únicas. Estas fuentes podrían tener aplicaciones en campos como la medicina, la seguridad o la astrofísica.

¿Quiénes son los premiados?

Los tres científicos galardonados con el Premio Nobel de Física de 2023 son pioneros en el desarrollo y la aplicación de los pulsos de luz de attosegundos.

Pierre Agostini (Francia/EE.UU.) es profesor en la Universidad Estatal de Ohio y uno de los primeros en generar pulsos láser ultracortos e intensos en el infrarrojo. Sus experimentos demostraron que era posible arrancar electrones de los átomos con láseres y crear estados cuánticos coherentes.

Ferenc Krausz (Hungría/Alemania) es director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y profesor en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich. Fue el primero en generar y medir pulsos láser con una duración inferior a un femtosegundo (mil billonésimas partes de un segundo) y el primero en generar y utilizar pulsos ópticos con una duración inferior a 10 attosegundos.

Anne L’Huillier (Francia/Suecia) es profesora en la Universidad de Lund y una de las líderes mundiales en el campo de los attosegundos. Descubrió un nuevo efecto de la interacción de la luz láser con los átomos de un gas, que permite generar pulsos de luz ultravioleta más cortos y más intensos. También ha aplicado los pulsos de attosegundos para estudiar la dinámica de los electrones en átomos y moléculas.

¿Por qué es importante este premio?

El Premio Nobel de Física de 2023 reconoce el trabajo de tres científicos que han abierto una nueva ventana al mundo de los electrones, que es esencial para comprender y controlar la materia. Sus investigaciones han creado una nueva rama de la física, la attosegundofísica, que tiene un gran potencial para el avance del conocimiento y la tecnología. Además, el premio destaca el papel de la luz como una herramienta fundamental para explorar y manipular el mundo cuántico.

El Premio Nobel de Física de 2023 es, sin duda, un merecido homenaje a tres visionarios que han llevado la física a una nueva frontera temporal, donde se revelan los secretos más íntimos de los átomos y las moléculas.