Nobel de Física 2018

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.

<p>El Nobel de Física 2018 lo comparten el estadounidense Arthur Ashkin (1/2 del premio), el francés Gérard Mourou (1/4) y la canadiense Donna Strickland (1/4) por sus revolucionarios avances en la física del láser. / Bell Labs/École Polytechnique/University of Waterloo</p>

“Los innovadores inventos en el campo de la física del láser” les han valido a los investigadoreArthur 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.

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. 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.


La rompedora tecnología CPA

grafico

Simulación gráfica de la tecnología CPA. / 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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