Ciencia

Las “herramientas de luz” que lograron el premio Nobel

Luego de 55 años, una mujer recibe el galardón que otorga la Real Academia Sueca de las Ciencias. Donna Strickland se suma al exclusivo club de damas premiadas con un Nobel de Física, siendo apenas la tercera en lograrlo

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El estadounidense Arthur Ashkin, la canadiense Donna Strickland y el francés Gerard Morou fueron galardonados con el Nobel de Física 2018 por sus investigaciones sobre la física del láser y sus aplicaciones en distintas áreas de las ciencias. Strickland es la tercera mujer en recibir el premio, después de Marie Curie (1903) y Maria Goeppert-Mayer (1963).

Según la Real Academia Sueca de las Ciencias, los hallazgos de los tres investigadores revolucionaron la física del láser. Con los instrumentos de precisión avanzada desarrollados por los científicos, se abren campos inexplorados de investigación y una multitud de aplicaciones industriales y médicas. Igualmente, las nuevas técnicas permitirán en el futuro aumentar la velocidad de la electrónica, células solares más efectivas, mejores catalizadores y aceleradores más potentes.

El jurado estableció que la mitad del premio, calculado en 9 millones de coronas suecas -1,02 millones de dólares- irá para Ashkin, de 96 años. Morou, de 74 años, y Strickland, nacida en 1959, compartirán la otra parte de la dotación económica.

Los galardonados suceden en el palmarés del Nobel de Física a los estadounidenses Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne, distinguidos el año pasado por su papel en la puesta en marcha del detector LIGO y la detección de las ondas gravitacionales

Donna Strickland

La científica nació en Guelph, Canadá, y estudió física en la Universidad McMaster de Canadá. Tiene un doctorado en óptica de la Universidad de Rochester, en Estados Unidos.

Desde 1991 hasta 1992 trabajó en la división de láser del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California. En 1997, se unió al departamento de física de la Universidad de Waterloo, Canadá, donde actualmente es profesora y continúa investigando sobre técnicas de láser ultrarápidos, cortos y de alta intensidad.

Junto a Gerard Morou, desarrolló una técnica bautizada como amplificación de pulso gorjeado o  Chirped Pulse Amplification (CPA). Esta consiste en tomar un pulso de láser ultracorto, alargarlo en el tiempo, amplificarlo y comprimirlo de nuevo, lo que multiplica su intensidad de forma notable y dramática. Antes del trabajo de Morou y Strickland, el potencial del láser era limitado, porque al aumentar su intensidad, los pulsos destruían el material utilizado para amplificar el rayo.

El estudio revolucionario fue publicado en 1985 y, desde entonces, se convirtió en la norma para todos los láseres de alta intensidad posteriores, además de abrir nuevas áreas y aplicaciones en física, química y medicina.

Gracias a la CPA, es posible ver interacciones entre moléculas y átomos, cambiar las propiedades de la materia, incluso viva; almacenar datos de forma más eficaz y elaborar férulas quirúrgicas. Igualmente, el método es utilizado para las cirugías correctivas de la vista, las cuales requieren de un láser de alta intensidad y ultra preciso.

Donna Strickland

La canadiense es la tercera mujer que es galardonada en esta categoría, 55 años después de la victoria de la estadounidense de origen alemán Maria Goeppert Mayer, por sus investigaciones sobre la estructura interna del núcleo de los átomos.

Desde 1901, solo el 1,5% de los 201 científicos premiados con el Nobel de Física han sido mujeres. La pionera fue la francopolaca Marie Curie, quien recibió y compartió el Nobel en 1903 con su marido Pierre Curie, por sus estudios de radiactividad.

En el resto de las categorías científicas también predominan los hombres en la lista de ganadores, mientras que las mujeres tienen un mayor protagonismo en categorías como Literatura o Paz, donde destacan nombres como el de Malala Yousafzai y Françoise Barré-Sinouss.

La Real Academia de Ciencias estima que dicho fenómeno está sustentado por el hecho de que, durante mucho tiempo, el acceso de las mujeres a los laboratorios era inconcebible. De acuerdo con la física Olga Botner, una de las expertas presentes en el anuncio de los Nobel, el bajo porcentaje de nominadas es un reflejo del número de mujeres que trabajan en la ciencia desde hace 30 o 40 años.

Recientemente, la Academia declaró que tomaría medidas para incentivar la nominación de las mujeres. Sin embargo, alegan también que dichas resoluciones “forman parte de un largo proceso”, por lo que no tendrán efecto para la premiación de este año.

Arthur Ashkin

Nació en 1922 en Nueva York, estudió en el Columbia College y obtuvo su doctorado en 1952, en la Universidad de Cornell, Estados Unidos. A sus 96 años, continúa con sus investigaciones en los Laboratorios Bell en Holmdel, Nueva Jersey, Estados Unidos.

En 1960, Ashkin empezó a experimentar con el láser, pensando que podía ser perfecto para que rayos de luz moviesen pequeñas partículas. Después, a principios de 1970, demostró que las fuerzas creadas por la luz láser eran capaces de capturar y manipular partículas con un tamaño de milmillonésimas partes de un metro.

En conjunto con su colega Steven Chu, quien recibió el premio Nobel en 1997, el científico pudo iluminar esferas transparentes de tamaño micromético y desplazarlas.

Para ello, añadió una lente potente para centrar la luz del láser, arrastrando así las partículas al punto de mayor intensidad. De este modo, crearon una nueva herramienta: las pinzas ópticas. Con ellas, pudo mover objetos físicos gracias a la radiación de la luz.

Arthur Ashkin

Tras muchos intentos de capturar átomos, en 1987 el científico logró atrapar bacterias vivas sin dañarlas con sus “herramientas de luz” y, casualmente, descubrió un nuevo campo de aplicación: los sistemas biológicos.

Actualmente, sus métodos han sido refinados por numerosas investigaciones y las pinzas ópticas son usadas para estudiar proteínas individuales, motores moleculares, ADN y la vida interior de las células. De igual modo, también son empleadas en las nanotecnologías para el control de de micromotores e incluso en los inhaladores de asma

Gerard Morou

Nació el 22 de junio de 1944 en Albertville, Francia. Estudió en Grenoble y en París, donde se doctoró en 1973. Ha trabajado en centros universitarios estadounidenses, entre ellos la Universidad de Michigan, y actualmente dirige el Laboratorio de Óptica Aplicada de la Escuela Politécnica de París y el Centro Nacional de Investigaciones Científicas.

El profesor de la prestigiosa Ecole Polytechnique se dedicó durante 40 años de su carrera a incrementar las capacidades del láser y a hallarle usos técnicos o médicos, en particular en la cirugía ocular, pero también en la arqueología.

Desarrolló  también el concepto de «Luz Extrema» y fue uno de los impulsores de la creación del Instituto de Luz Extrema (ILE) y del láser civil Apollon de Paris-Saclay (al suroeste de París), que debería alcanzar una potencia de 5 petavatios, es decir, 1/35 de la potencia solar recibida por la Tierra.

Gerard Morou

Dicho láser puede dar esa potencia durante un tiempo minúsculo, solamente algunos femtosegundos -menos de una mil billonésima de segundo-, por lo cual la energía total equivale a la de una bombilla eléctrica en un par de días.

Hoy en día, la Infraestructura Europea ELI desarrolla la construcción de otros láseres en Hungría, Rumania y República Checa, que deberían superar la capacidad de Apollon.

Morou y  su alumna Donna Strickland fueron galardonados por desarrollar la técnica de la amplificación de los láseres, llamada Chirped Pulse Amplification (CPA), que genera impulsos ultracortos y de gran potencia. Además de su contribución para el estudio del vacío o los agujeros negros, los trabajos de los dos científicos permitieron operar a millones de personas que sufrían miopía o cataratas.

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