Juan Diego Ania Castañón. Director del Instituto de Óptica

Juan Diego Ania Castañón. Director del Instituto de Óptica "Daza de Valdés", CSIC


Premio Nobel de Física 2018

AUTOR  | Juan Diego Ania Castañón. Director del Instituto de Óptica "Daza de Valdés", CSIC

El pasado mes de octubre se produjo el anuncio del Premio Nobel de Física correspondiente al año 2018 que ha recaído sobre los investigadores Arthur Ashkin, Donna Strickland y Gérard Mourou "por sus invenciones revolucionarias en el campo de la Física del Láser".

Desde la demostración experimental del láser en 1960, esta extraordinaria herramienta ha dado lugar a grandes avances en diferentes ramas de la ciencia, desde la Física hasta la Medicina pasando por la Química y la Biología. El legado del láser queda patente en la multitud de descubrimientos galardonados con el Premio Nobel de Física, Química o Medicina relacionados de un modo u otro con su aplicación directa, que supera la decena en los últimos 15 años e  incluye, por ejemplo, el premio otorgado el año pasado a la detección de ondas gravitacionales utilizando interferometría láser. Paradójicamente, Gordon Gould y Theodore Maiman, responsables respectivamente del primer diseño y la primera implementación del láser, no recibieron nunca un Nobel, que no obstante sí recayó a lo largo de los años en grandes precursores o pioneros de la tecnología como Charles Townes y Arthur Schawlow.

Las contribuciones premiadas este año por la Academia Sueca son un buen ejemplo de la versatilidad del láser y su capacidad transformativa en diferentes áreas de la ciencia.


La muy merecida obtención del premio por parte de Donna Strickland es especialmente relevante, en tanto que visibiliza la labor realizada por científicas en un área tradicionalmente asociada en el imaginario colectivo a los hombres

Los trabajos de Arthur Ashkin (1922, EE.UU.), receptor de la mitad del premio y que es a sus 96 años el galardonado de mayor edad en la historia del premio, dieron lugar a la invención de las pinzas ópticas. Sus estudios sobre la manipulación física de micropartículas utilizando luz comenzaron en los años 70 y dieron lugar en 1987, mientras trabajaba para Bell Labs, a la primera demostración de captura sin daño de células vivas mediante haces de luz. El principio que Ashkin demostró y aplicó, denominado "atrapamiento por fuerza de gradiente en haces individuales", permite capturar partículas dieléctricas mediante la luz, como hemos visto en multitud de novelas y filmes de ciencia-ficción, atrayéndolas hacia el centro del haz, donde el campo eléctrico es más fuerte. Las pinzas ópticas se aplican hoy ampliamente en Biología y Medicina para investigar el funcionamiento de las células y sus orgánulos individuales. La técnica permite también el estudio y desarrollo de los motores moleculares, trabajo que fue merecedor en sí mismo del premio Nobel de Química en 2016.

Las contribuciones de Ashkin a la Física van mucho más allá de las pinzas ópticas, siendo también uno de los padres de la Óptica No Lineal en fibras ópticas, así como un pionero en el estudio de la presión de radiación y el enfriamiento de átomos con láser. Precisamente ese trabajo le valió el premio Nobel de Física en 1997 a su compañero Steven Chu, pero no a él, en lo que muchos científicos consideraron en su día una notable injusticia. Afortunadamente, la extraordinaria calidad de las múltiples contribuciones de Ashkin a la Física y su longevidad (recordemos que la Academia sólo premia a los vivos) le han permitido recibir finalmente este galardón.

Donna Strickland (1959, Canada) y Gérard Mourou (1944, Francia) son los ganadores conjuntos de la otra mitad del Premio Nobel de Física de este año, por otra contribución clave que abrió la puerta al desarrollo de láseres capaces de generar pulsos de luz extremadamente cortos y de enorme intensidad. Cuando un pulso de luz se comprime en el tiempo, volviéndose más corto pero conservando o aumentando su energía, la intensidad máxima del mismo aumenta considerablemente. Si esta intensidad se vuelve demasiado elevada los pulsos de luz pueden llegar a dañar o destruir el medio por el que se propagan y amplifican. Debido a este hecho, los láseres pulsados estaban limitados en cuanto a la potencia y duración de los pulsos generados. El trabajo de Strickland y Mourou, llevado a cabo en los años 80 durante la realización de la tesis doctoral de la primera bajo la supervisión del segundo, consistió en el desarrollo de una técnica cuyo nombre podríamos traducir como "amplificación de pulso con gorjeo" que permitió superar esa limitación.

La solución ideada por estos investigadores consiste en el ensanchamiento temporal del pulso previo a su amplificación, de modo que la energía del pulso pueda aumentarse considerablemente sin dañar el medio. Una vez fuera del amplificador, el pulso se recomprime para dar lugar a un pulso ultracorto y ultraintenso. El uso de esta técnica desbloqueó las potencias máximas y duraciones mínimas de los pulsos en láseres, y pronto se volvió habitual en el desarrollo de láseres ultrarrápidos.

Gracias a esta técnica existen a día de hoy láseres con pulsos que alcanzan potencias de varios petavatios (1015 vatios) o duraciones de unos pocos attosegundos (10-18 segundos). La versatilidad de estos láseres pulsados ha permitido su uso como herramientas en la medida de tiempo en procesos extraordinariamente cortos, habilitando los estudios de estados de transición de reacciones químicas que le valieron el premio Nobel de Química a Ahmed Zewail en 1999, así como en la generación de peines de frecuencia, premiada con el premio Nobel de Física a Theodor Hänsch y John Hall en 2005, o en el desarrollo de nuevas técnicas de cirugía láser de uso generalizado hoy en día. El uso de láseres pulsados de alta potencia tiene además multitud de aplicaciones en áreas como la ciencia de materiales, la biología o incluso el mecanizado de precisión.

Donna Strickland es la primera mujer en recibir el Nobel de Física en 55 años, y tan sólo la tercera en obtenerlo en la historia del galardón, tras Marie Curie y Maria Goeppert Meyer. A pesar de que la representación de las mujeres en Física no llega al 30%, el área ha contado con extraordinarias contribuciones realizadas por multitud de científicas a lo largo de los años sin que estas se hayan visto en general reconocidas por la Academia Sueca. En algunos casos estas omisiones han dado lugar a importantes polémicas, como en el caso de la no concesión del premio a Jocelyn Bell en 1974 pese a su participación fundamental en el descubrimiento de los púlsares. En este contexto, la muy merecida obtención del premio por parte de Donna Strickland es especialmente relevante, en tanto que visibiliza la labor realizada por científicas en un área tradicionalmente asociada en el imaginario colectivo a los hombres y supone un potencial estímulo para futuras investigadoras.

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