La Real Academia Sueca de Ciencias otorgó el Premio Nobel de Física 2023 a los físicos Anne L’Huillier, Ferenc Krausz y Pierre Agostini por sus contribuciones a la exploración en electrones de átomos y moléculas.
Un campo de conocimiento que estudia esto es la física de campos fuertes, es decir, de fenómenos físicos macroscópicos en campos, como los electromagnéticos y partículas atómicas.
Un tema que conoce muy bien es el egresado del Instituto Politécnico Nacional (IPN) Abraham Camacho Garibay, quien actualmente es investigador posdoctoral en la Universidad Estatal de Ohio, en Estados Unidos.
“La física de campos fuertes es lo que dio pie a la física de attosegundos”, explicó el colega del profesor emérito Pierre Agostini.
Camacho Garibay siempre ha sido un estudiante destacado, optó por estudiar la ingeniería en Ingeniería Química Industrial en la Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas (ESIQIE) y la licenciatura en Física y Matemáticas en la Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM) al mismo tiempo, y como él lo cuenta, para no aburrirse estudió la maestría en Ingeniería Química en la ESIQIE.
Pero no fue hasta que Abraham terminaba su doctorado en el Instituto Max Planck para la Física de Sistemas Complejos, una de las 80 escuelas de Max-Planck-Gesellschaft, ubicada en Alemania, cuando se encontraba a más de nueve mil kilómetros de México, que los caminos se cruzaron con el ahora Nobel Pierre Agostini.
TRABAJAR CON ALGUIEN RETIRADO
Agostini es francés de nacimiento y lleva décadas investigando sobre la dinámica de los electrones y la física cuántica, por ello es profesor emérito de la Universidad Estatal de Ohio.
“Él ya está retirado, y no sólo eso, se retiró dos veces. Tiene 50 años de carrera y sigue y sigue dando lata, pues sigue contribuyendo”, lo reconoce Camacho.
Las leyes laborales en Francia difieren con respecto a las de México, es obligatorio según el año de nacimiento jubilarse, “te dicen, mira a ti te toca descansar”. Pero el doctor Agostini no ha parado y a sus 82 años aún llega en bicicleta a visitarlos.
En principio, Abraham se encontraba en la Universidad Técnica de Dresden, en Alemania. Ahí se conectó con el profesor Louis DiMauro, otro cabecilla del laboratorio donde se encuentra actualmente.
“Él es más joven como por 20 años, él hizo una buena parte de su carrera en la Universidad del Estado de Nueva York en Stony Brook y después de eso se lo trajeron a la Universidad Estatal de Ohio”, donde por colaboraciones y amistad trajo a Pierre Agostini para formar un grupo de investigación.
Agostini-DiMauro es el grupo de física experimental enfocado en el estudio de las interacciones entre átomos y pulsos de láseres intensos en tiempos atómicos de esta institución, pero lo que estudian es mejor conocido como física de attosegundos.
Este campo estudia la dinámica de los electrones en fenómenos que suceden en una trillonésima parte de segundo.
“Yo vine aquí no por el profesor Agostini, sino por el profesor DiMauro, tenía una colaboración con mi asesor de doctorado al momento de que yo entré”, Camacho narró que DiMauro lo incitó a formar parte de su grupo cuando se encontraba defendiendo su proyecto doctoral.
“Me dijo: “oye, ¿por qué no vienes? Mi grupo es experimental, pero nos gusta tener un teórico para burlarnos”, respondió con una risa el politécnico.
Así fue como el recién doctorado decidió irse de Europa a Estados Unidos, con una oportunidad atractiva para colaborar en la Universidad Estatal de Ohio y con dos investigadores con una amplia carrera en la física de campos fuertes.
Aunque el profesor emérito ya está jubilado, siempre está presente en las reuniones para continuar involucrándose de cerca en los proyectos de los estudiantes.
“Viene tres o cuatro veces al mes y siempre pregunta: ¿qué hay de nuevo?, ¿qué estás haciendo? y ¿cómo están las cosas?”, reveló Camacho Garibay
El premio de Física Pierre Agostini llega a la reunión de los galardonados en el Museo del Premio Nobel de Estocolmo, el 6 de diciembre.
ENTENDER AL NOBEL
Para entender por completo la física de attosegundos, es necesario primero razonar qué es la física de campos fuertes, la cual es una rama de la física cuántica que se encarga de explorar las interacciones de láseres de alta intensidad con la materia sólida y gaseosa, con el objetivo de entender la dinámica de sus partículas.
El láser fue una tecnología que llegó en la década de los sesenta y ha tenido muchas aplicaciones en diversas disciplinas y hasta la vida cotidiana, pero en la física se utiliza la luz láser por el campo eléctrico que genera.
La luz láser puede competir con el campo eléctrico de un átomo y los electrones de un elemento. Al incidir la luz láser se logra un efecto llamado ionización, pero “de una forma diferente a la que regularmente nosotros comprendemos”, expone el físico.
No se refiere a fenómenos atómicos o moleculares que sean estables como lo explican en bachillerato, sino que cuando el láser incide con fotos diminutos en el campo eléctrico de un átomo, cambia mínimamente la dinámica de un átomo arrancándole un electrón.
“Los electrones como son la partícula más ligera que existe y obviamente va a ser la cosa más ligera que nosotros podamos manipular cuando sale del átomo, siendo capaz de mover los electrones de un gas y si lo suelta puede regresar y chocar contra el átomo”, reveló el especialista en láseres.
Esto genera varios fenómenos, uno es que choque y rebote, lo que hace que gane más energía de la esperada; otra es que el electrón al regresar y chocar golpea o patea, otro electrón. “Entonces tienes un ion con carga doble y ese fenómeno que se llama la ionización doble no secuencial”, detalló.
Y por último puede regresar y los átomos lo reabsorben, lo que provoca que la energía que ganó el átomo se libere. Este fenómeno en un gas provoca que se emita luz de colores, con frecuencias más grandes a las descritas en un elemento.
Pierre estaba muy interesado en medir qué tan rápido era este pulso con el objetivo de observar alguna estructura como si fuera una luz de estrobo.
Para medir este fenómeno, Pierre Agostini desarrolló una metodología llamada reconstrucción de parpadeo de attosegundos por interferencia de la transición de dos fotones, mejor conocida como Rabbit, por sus siglas en inglés.
“Él vio los pulsos que salían, los reconstruyó con esta metodología y dijo mira aquí, yo veo un estrobo y cada flashazo dura 250 attosegundos”, siendo la razón por la que Agostini fue premiado con el Premio Nobel 2023.
Anuncio del Premio Nobel de Física 2023 por el profesor Hans Ellegren, secretario general de la Real Academia Sueca de Ciencias, el 3 de octubre de 2023.
NUEVAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN
Para Camacho, la asesoría de Agostini y de DiMauro lo han llevado a explorar nuevas áreas e involucrarse de lleno por más de tres años en nuevas líneas de investigación en la física de campos fuertes.
“Estamos aumentando electrones fotoionizados con grandes energías”, un campo de investigación donde Camacho utiliza lásers y nanoplasmas desarrolladas por el grupo de científicos.
“El problema aquí es más de campos fuertes que de attosegundos, aunque tiene su componente, pero es más que nada de campos fuertes”, indicó.
Usar un láser incide en un gas, que se enfría rápidamente y forma “gotitas”, al pegarle a este absorbe mucha energía, pierde electrones y se ioniza formando gas plasma.
“Cuando tú tienes un plasma, es como un resorte, porque son partículas positivas y negativas y hay una fuerza entre ellos”, detalla Camacho que al funcionar como un resorte se encuentra en una condición de resonancia.
El egresado politécnico puntualizó que este fenómeno no sucede en attosegundos, sino en femtosegundos, una escala mayor, que es la milmillonésima parte de un segundo. Con el objeto de analizar la evolución del plasma, midiendo sus cambios en tamaño con respecto al tiempo y ver qué cambios genera.
CAMBIAR EL FUTURO
La ciencia siempre busca mejorar la calidad de vida de las personas e innovar en nuevas aplicaciones, sin embargo, pensar en láseres y electrones no pareciera tener una aplicación a simple vista.
“Un gran error es considerar, que lo que no es inmediatamente aplicable no funciona”, es el juicio de Abraham Camacho, sobre aquellos que no piensan que la física de attosegundos tenga una aplicación a futuro.
Un ejemplo de ello es el láser, que tiene aplicaciones en biología para crear pinzas que permiten manipular objetos diminutos al microscopio, en la medicina para curar caries o hasta con fines personales como la depilación.
“En la cuestión de física de attosegundos vamos a tener una historia muy similar. En los próximos 15 o 20 años se verán las aplicaciones. Estos avances metodológicos buscan innovar con metas ambiciosas”, afirmó el físico.
Ferenc Krausz, el otro colega premiado de Agostini, busca una aproximación hacia el diagnóstico médico para obtener una respuesta rápida en muestras de sangre.
“Krausz cree que el análisis de estas muestras puede estar correlacionado con ciertas enfermedades, simplemente por la forma en la que la muestra responde a un enlace muy corto”, señaló.
Es decir que se mide la respuesta de la sangre con estos impulsos, posteriormente saca una huella digital molecular y se compara con otras de personas enfermas y sanas.
Otra área de oportunidad es la cristalografía para entender mejor las moléculas o los virus. El doctor Camacho explica que para hacer cristalografía se requieren sólidos, pero con este método se podrá investigar la cristalografía de virus en una gota.
Finalmente, con esta metodología también se puede aplicar al mercado de la tecnología, ya que cada vez hay chips más pequeños con transistores diminutos.
“Estamos en un momento donde los transistores son tan chiquitos, que ya no sabemos cómo van a funcionar, por ello, la física de attosegundos medirá la función de estos sistemas y su estado, para mejorar la vida cotidiana de las personas”, puntualizó.
Cortesía: IPN