El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ciencias Básicas ha sido concedido en su decimoquinta edición a Anne L’Huillier (Universidad de Lund, Suecia), Paul Corkum (Universidad de Ottawa, Canadá) y Ferenc Krausz (Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, Alemania), los tres pioneros de la llamada física del attosegundo o attofísica, que han hecho posible la observación de fenómenos subatómicos en la escala de tiempo más breve captada por el ser humano.
Los premiados, según destaca el acta del jurado, “han mostrado cómo observar y controlar el movimiento de los electrones en los átomos, las moléculas y los sólidos con pulsos de luz ultracortos en escalas de tiempo de unos cien attosegundos. Un attosegundo es aproximadamente el tiempo que tarda la luz en atravesar un átomo y es la escala natural del movimiento electrónico en la materia. Esta escala temporal era hasta ahora inaccesible para los estudios experimentales debido a la falta de pulsos de luz con una duración lo suficientemente corta”.
Gracias a la attofísica, hoy es posible realizar observaciones directas de fenómenos de la naturaleza que anteriormente estaban vetados a la percepción humana. “Es un gran avance poder comprobar experimentalmente lo que hasta ahora solo podíamos imaginar teóricamente. Esta interacción entre experimentos y teoría está inspirando muchas ideas”, resalta el presidente del jurado Theodor W. Hänsch, Director de la División de Espectroscopia Láser en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) y Premio Nobel de Física.
La attofísica, explica Paul Corkum, “trata de realizar las mediciones más rápidas que nosotros como humanos podemos realizar. Para mí, eso la sitúa en la vanguardia del conocimiento”. Como expone el premiado, “un attosegundo es a un segundo lo que un segundo es a la edad del universo. ¿Se imagina algo tan breve como eso?”. En cifras, un attosegundo es la trillonésima parte de un segundo, es decir: 0,000000000000000001 segundos.
“Esa es la escala de tiempo a la que se mueven los electrones en todos los átomos de los que se compone la materia, incluyendo nuestros propios cuerpos”, señala por su parte Fernando Martín, catedrático de Química Física de la Universidad Autónoma de Madrid, director científico de IMDEA-Nanociencia y nominador de los tres premiados. “Por lo tanto, para poder observar en tiempo real cómo se mueven los electrones en la materia, necesitábamos una tecnología que nos permitiera acceder a esa escala de tiempo. Esto es precisamente lo que consiguieron los tres galardonados”.
Una ‘cámara’ ultrarrápida capaz de ‘filmar’ los movimientos de electrones
Las herramientas desarrolladas por L’Huillier, Corkum y Krausz son como una cámara con un tiempo de exposición tan asombrosamente ultrarrápido, que es capaz de captar incluso el movimiento de un electrón que tarda 150 attosegundos en dar una vuelta completa en torno al núcleo de un átomo de hidrógeno.
“Si quieres filmar una película de cómo se mueve un coche”, expone el profesor Martín, “tienes que hacer fotogramas con intervalos de tiempo muy cortos, para poder captar su movimiento. Si sacas fotos con un tiempo de exposición de un minuto, para cuando acabas de hacer la foto el coche se ha ido y solo consigues una imagen borrosa o ni siquiera eso. Es decir, para poder visualizar algo, tienes que ser capaz de hacer fotos en intervalos de tiempo y con una duración mucho menor que el tiempo que tarde el objeto en moverse significativamente. Esto es lo que lograron los tres premiados en la escala de tiempo a la que se mueven los electrones, gracias a pulsos de luz generados con láseres ultrarrápidos que solo se emiten durante unos pocos attosegundos”.
Las técnicas de la attofísica no solo permiten hoy captar el movimiento de los electrones, sino que además han abierto la puerta a la posibilidad de manipular estas partículas subatómicas. “Una vez que logras la capacidad de visualizar este movimiento en tiempo real”, resalta Martín, “probablemente puedas utilizar también esas fuentes de luz para manipularlo, y a partir de ahí modificar su comportamiento y sus propiedades, con aplicaciones en múltiples ámbitos, desde la biomedicina y la electrónica hasta la búsqueda de nuevas fuentes limpias de energía”.
Por todo ello, tal y como ha resaltado el jurado, “estas contribuciones pioneras han abierto nuevas y apasionantes fronteras en distintos campos, como la física atómica, la fotoquímica y la ciencia de los materiales”.
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