El Premio Nobel de Física de este año ha recaído en el estadounidense Arthur Ashkin “por sus pinzas ópticas y su aplicación a los sistemas biológicos”, compartido con el francés Gérard Mourou y la canadiense Donna Strickland "por su método para generar pulsos ópticos ultracortos de alta intensidad”. Los láseres que se emplean para corregir la miopía son una de sus múltiples aplicaciones.
“Los innovadores inventos en el campo de la física del láser” les han valido a los investigadores Arthur Ashkin de los Laboratorios Bell en Estados Unidos, Gérard Mourou de la Escuela Politécnica de Francia y la Universidad de Míchigan (EE UU) y Donna Strickland de la Universidad de Waterloo en Canadá la concesión del Premio Nobel de Física 2018, según ha anunciado hoy la Real Academia Sueca de las Ciencias.
Objetos extremadamente pequeños y procesos increíblemente rápidos se pueden observar hoy gracias a los trabajos e invenciones de los galardonados. Los avanzados y precisos instrumentos de luz que han desarrollado están abriendo áreas de investigación inexploradas y multitud de aplicaciones industriales y médicas.
Arthur Ashkin (Nueva York, 1922) inventó unas pinzas ópticas capaces de sujetar partículas, átomos, virus y otras células vivas con sus ‘dedos’ de rayos láser. Esta nueva herramienta permitió conseguir un viejo sueño de la ciencia ficción: usar la presión de la luz para mover objetos físicos. El investigador logró, mediante luz láser, empujar diminutas partículas hacia el centro del haz y mantenerlas ahí. Las pinzas ópticas se acababan de inventar.
Otro avance importante se produjo en 1987, cuando Ashkin empleó estas pinzas para capturar bacterias vivas sin dañarlas. Inmediatamente se comenzó a estudiar sistemas biológicos con esta herramienta, que hoy se usa ampliamente para investigar la maquinaria de la vida.
Los galardonados con el Nobel de Física de este año han demostrado que la luz se puede usar como ‘herramienta’ para múltiples aplicaciones. / Johan Jarnestad / The Royal Academy of Sciences
Por su parte, Gérard Mourou (Albertville-Francia, 1944) y Donna Strickland (Guelph-Canadá, 1959) reciben conjuntamente la mitad del premio porque allanaron el camino para generar los pulsos láser más cortos e intensos logrados por la humanidad. El estudio lo presentaron en 1985 en un revolucionario artículo, que además sirvió de base para la tesis doctoral de Strickland.
Utilizando un ingenioso enfoque, lograron crear pulsos láser de alta intensidad y ultracortos sin destruir el material amplificador. Primero estiraron los pulsos temporalmente para reducir su potencia máxima, luego los amplificaron y finalmente los comprimieron. Cuando un pulso láser se comprime y acorta de esta manera, se empaqueta más luz en el mismo espacio pequeño, aumentando enormemente su intensidad.
Donna Strickland ha recibido esta mañana la llamada de la Real Academia Sueca de las Ciencias. / Doug Dykaar
La nueva técnica de Strickland y Mourou, llamada amplificación de pulso gorjeado (CPA por sus siglas en inglés: chirped pulse amplification), pronto se convirtió en un estándar para los láseres de alta intensidad que se desarrollarían después. Entre sus usos figuran las millones de cirugías oculares correctivas que se realizan cada año con esta tecnología láser de alta precisión.
Aplicaciones sin explorar
Todavía no se ha explorado todo el potencial y las innumerables aplicaciones que podrían aportar las herramientas de luz. Aun así, ya permiten indagar en el micromundo para, siguiendo el espíritu de Alfred Nobel, aportar un beneficio a la humanidad.
De los nueve millones de coronas suecas con los que está dotado el Premio Nobel, Arthur Ashkin recibirá la mitad y el resto lo compartirán Gérard Mourou y Donna Strickland a partes iguales.
Strickland es la tercera mujer que gana el Premio Nobel de Física en la historia. La primera fue Marie Curie en 1903; y la segunda, Maria Goeppert-Mayer en el lejano año 1963. Es decir, que han pasado 55 años desde que este prestigioso galardón recayó por última vez en una mujer.
Cuando Mourou y Strickland crearon en 1985, por entonces en la Universidad de Rochester, su famosa técnica CPA, el ahora director del Centro de Láseres Pulsados (CLPU, en Salamanca), Luis Roso, era un becado Fullbright Scholar dentro de un grupo teórico de la universidad estadounidense. Quedó fascinado por esa tecnología rompedora.
Desde entonces, dedicó sus esfuerzos a traerla a España, apostando por el que sabía era el futuro de los láseres intensos. Catedrático de Óptica en la Universidad de Salamanca, convirtió a esta ciudad y a su entidad académica en el lugar español de referencia en cuanto a láseres de alta intensidad.
Lo que comenzó con un sistema de 20 teravatios se ha convertido en el único sistema español capaz de alcanzar un petavatio de potencia pico, el sistema láser VEGA, ubicado en la infraestructura científico-técnica singular especializada en láseres intensos, el CLPU, e inaugurado la semana pasada por los Reyes.
VEGA es uno de los diez láseres más potentes del mundo y está basado en la tecnología CPA galardonada esta semana con Nobel. La relación con los creadores de esta tecnología llega desde sus inicios, ya que Gerard Mourou fue miembro del primer Comité Científico-Técnico asesor del CLPU, y se ha mantenido con el tiempo ya que el investigador ha visitado la infraestructura en varias ocasiones.
Gerard Mourou (2d) y el director del CLPU Luis Roso (2i) durante la visita que realizó al centro en 2017, acompañados de (i-d) Luca Volpe, director de la Cátedra de Plasma USAL-CLPU; Giancarlo Gatti, jefe científico del CLPU y Jonathan Wheeler, investigador de la Ecole Polytechnique francesa. / CLPU
Hasta 1985, la amplificación de la luz para obtener los láseres se había basado en ópticas de gran tamaño. El principal obstáculo era que se había alcanzado el umbral de daño impidiendo alcanzar potencias mayores.
Pero cuando llegó la chirped pulse amplification (CPA, amplificación de pulso gorjeado) se soslayó el problema amplificando la luz en dos pasos.
En primer lugar, para reducir la intensidad del láser se alarga temporalmente el pulso de luz (se obliga a cada longitud de onda a ir por distintos caminos y se amplifican cada uno de ellos por separado). Y luego, en última instancia, se vuelven a comprimir obteniendo la potencia deseada sin haber usado ópticas gigantescas.
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