El Premio Nobel de Física le cayó ayer a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L-Huillier, por inventar una nueva herramienta para entender cómo se mueven los electrones en átomos, moléculas y reacciones químicas.
En realidad, lo que desarrollaron parece más bien una solución en busca de problemas, un verdadero cortaplumas suizo, de esos que pasan de padres a hijos: servirá a más de una generación, y para responder preguntas que todavía no se han siquiera formulado.
Los electrones viajan a 71 kilómetros por segundo, andá a estudiarlos a semejante velocidad. Las nuevas técnicas que los tres laureados sacaron de la galera usa pulsos de luz cortísimos para fotografiar momentos aislados del movimiento de un electrón.
La idea es parecida a la de la luz estroboscópica en una discoteca. Con luz continua, lo que se ve es un incomprensible amasijo de gente moviéndose con la incoherencia de un corazón fibrilando. Con estroboscópica, podés ver inmovilizado cada gesto, cada posición de cada bailarín.
Para hacer lo mismo con los electrones, una fauna más difícil, los tres científicos usaron pulsos de luz de un attosegundo.
Attenti con el attosegundo. Es un cuatrillonésimo de segundo. El número de attosegundos en que se divide un solo, inacabable y aburrido segundo es igual al número de segundos que pasaron desde el Big Bang, cuando el universo y el tiempo se pusieron a existir de golpe y porrazo. Hace 13.800 millones de años de eso, la última vez que AgendAR midió.
La Real Academia Sueca de Ciencias, que otorga los Premios Nobel, nos acaba de llamar confirmando la cifra. Nos preguntaron también por las elecciones, pero les contestamos que esas cosas sólo las sabe Tata Dios.
Eva Olsson, presidenta del Comité Nobel de Física, dice que esta herramienta estroboscópica nos permite explorar cosas igualmente indescifrables hasta hoy, como la escala temporal del efecto fotoeléctrico, que es la liberación de electrones de un material cuando es iluminado.
Cualquier sistema óptico de alarma, cualquier placa fotovoltaica lo usa, este efecto. En el día a día lo empleamos con tanta comprensión de los cómos, los por qués y los cuándos como un troglodita podría usar un ascensor. Apretás aquí, sube. Apretás aquí, baja. La física y la electromecánica subyacentes, las sabe el Dios Magoya, el de la lluvia y los terremotos.
Lo que ofrece la nueva técnica es cortar el efecto fotoeléctrico en unidades minúsculas de tiempo y ver cómo y de qué modo un átomo absorbe un fotón de luz y cómo dispara un electrón como respuesta. Tal vez eso nos permita comprender mejor, y sacar nuevas explicaciones y aplicaciones. O no. “Es difícil hacer predicciones. Especialmente, acerca del futuro”, como decía otro Nobel de Física, Nils Bohr, danés y jodón.
Un gran y chinchudo amigo y rival de Bohr, con quien tenía agarradas épicas, Albert Einstein, tuvo el Nobel de 1921 por el descubrimiento del efecto fotoeléctrico.
Los suecos apuestan a que el acceso al mundo ultrarrápido del movimiento electrónico nos lleve a avances en microcircuitos, diseño de moléculas de uso médico o industrial, y tal vez (es mucho pedir) de mejores baterías recargables, con más alta densidad energética. Pero nadie promete nada a nadie.
Pierre Agostini es profesor emérito en la Universidad Estatal de Ohio.
Ferenc Krausz es director del Instituto Max Planck de óptica cuántica en Alemania, la continuación de posguerra del Kaiser Wilhelm Institut, sede sempiterna de la mejor y más abstrusa física teórica del planeta. Tal vez para compensar, Krausz es también es profesor de física experimental en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich.
Anne L’Huillier es profesora de la Universidad de Lund en Suecia, y la quinta mujer en ganar el Nobel de Física. Parece que ya está corriendo tras alguna aplicación con potencial tecnológico: descubrió un nuevo efecto de la interacción de la luz láser con los átomos en un gas, dijo el comité. Le preguntamos, pero no nos dio detalles. Nuestro sueco es fatal, y Wattsapp no ayuda. Hay olor a patente…
La anteúltima mujer en recibir el Nobel de Física fue Andrea Ghez, astrofísica, en 2020. El Comité ignoró perramente a las físicas durante décadas, excepción hecha de Maria Salomea Skłodowska-Curie, y lo ganó dos veces, en Física y en Química. Pero es más conocida como Marie Curie, es decir, con el apellido de su esposo, también físico y también premio Nobel.
La historia es que muchos de los mejores trabajos de María Sklodowska los hizo y firmó con su esposo Pierre Curie, y la Academia quiso premiarlo únicamente a él. ¿A una mujer el Nobel de Física? ¿Una refugiada de guerra muerta de hambre, pa’ pior? Hay que estar loco, le dijeron. Pierre les dijo que se olvidaran: o entraba ella o él pateaba el tablero y denunciaba su propio premio. Recularon en chancletas.
En igual tradición, los suecos tampoco le dieron el Nobel a Lise Meitner y a su sobrino Otto Frisch, ambos judíos escapados de Alemania nazi, y ambos los que le le explicaron por carta a Otto Hahn, que tardó un rato en entender, que su último experimento con Fritz Strassmann no era un fracaso absurdo.
Por el contrario, le dijo su alumna exiliada, Hahn y su compinche había logrado fisionar el átomo de uranio 235, y liberar un mogollón de radiación por conversión einsteniana de materia en energía. Los inexplicables productos livianos que habían aparecido, como resultado del experimento (el bario) y el que había desaparecido (xenón, un gas noble, se pianta de todos lados), sumados, no llegaban a la masa original del uranio 235 justamente por esa transformación de materia en energía. La alumnita y su sobrino explicándole al profe. Y es que el profe era un titán en química, pero en física, tocaba más de oído.
Otto Hahn, el mentor de Lise, no la mencionó siquiera en su “paper” de 1938. En 1945 recibió el Nobel en su lugar, y tuvo el descaro de mencionarla como «su ayudante». Lógico que la Academia se olvidara, Lise y su sobrino descubrieron qué había hecho Hahn con lápiz y papel, sentados sobre un tronco bajo la nevada, refugiados sin un mango… ¡en Suecia!
Donde la Meitner vivía de changas docentes y pasando hambre. ¿Quién le iba a dar trabajo a una física? ¿Y judía, además?
Lise Meitner batió todos los récords de nominaciones al Nobel: 46 en total. Y nunca el premio.
Otto Frisch siguió viaje hasta Inglaterra, donde colaboró como outsider (no inglés y por ende no confiable) del Maud Committee, un cónclave secreto a la búsqueda teórica de la bomba atómica británica. Nuevamente, Fritsch y su coequiper Rudolf Peierls, eran los malditos extranjeros de las ideas brillantes, como el primer mecanismo de detonación de la bomba, propuesto por esos dos refugiados en 1940.
Así siguieron las cosas hasta que ambos se fueron al Programa Manhattan de Oppenheimer, en EEUU, donde les fue mucho mejor. Obvio que no iban a darles un Nobel por inventar el disparo dentro de un cañón, y una contra la otra, de dos masas subcríticas de uranio enriquecido al 80% para crear una explosión nuclear. Little Boy, la bomba de Hiroshima, funcionaba exactamente así.
Pero a Frisch y a su tía les habría debido caer el nobel de Física de 1945. Fueron incluso los que inventaron la palabra “fisión”, que tomaron prestada de la biología, por la división celular.
Desde que ayer decidimos darle el Premio AgendAR al equipo de Juliana Cassattaro en la UNSAM por la primera vacuna anticovid 100% argentina, estamos agrandados, y a la Academia del Nobel la miramos con socarronería criolla.
Pero esto de fotografiar fotones con luz estroboscópica medible en attosegundos nos impresiona muy bien. Vamos la Academia, como dicen en Avellaneda. Seguimos sin entender esto: ¿cómo hicieron los premiados para rebanar el tiempo en tajadas tan finitas?
Daniel E. Arias
Opiniones de físicos argentinos
“Hace un tiempo me interese por el área de los attosegundos porque me parecía que se colaba un pedacito de futuro por ahí”, asegura Omar Fojón, físico e investigador del Instituto de Física de Rosario (IFIR). “Los primeros attopulsos se obtuvieron en 2001 y fue para mí un hito porque eran los intervalos de tiempo más cortos medidos por la humanidad. Son los tiempos característicos del movimiento de los electrones en átomos y moléculas. Ahí empecé a ´soñar´ que en un futuro podríamos usarlos para sacar ´instantáneas´ de los electrones durante las reacciones químicas y llegar a controlarlas”, explica el científico.
En 2001, Fojón estaba realizando una estadía posdoctoral en Madrid y tomó contacto con los attopulsos. En su regreso a Argentina se dedicó al desarrollo de modelos teóricos para trabajar en la fotoionización y dirigió dos tesis doctorales sobre el tema, que persiguieron el objetivo de llegar al control de reacciones químicas a través de los attopulsos. “Tuve la suerte de escuchar en conferencias de nuestra área a la física francesa que hoy premió la Academia de Suecia, y son maravillosos. Me pone muy feliz que le hayan dado el Premio Nobel a estos científicos”, asegura Fojón.
Tal como explicaron desde la Academia Sueca, “en el mundo de los electrones, los cambios ocurren en unas pocas décimas de attosegundo; un attosegundo es tan corto que hay tantos en un segundo como segundos ha habido desde el nacimiento del universo. Si queremos investigar acontecimientos realmente breves, necesitamos una tecnología especial”. En este sentido, indicaron que “los tres premios Nobel de Física 2023 están siendo reconocidos por sus experimentos que han brindado a la humanidad nuevas herramientas para explorar el mundo de los electrones dentro de los átomos y las moléculas. Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier han demostrado una manera de crear pulsos de luz extremadamente cortos que pueden usarse para medir los rápidos procesos en los que los electrones se mueven o cambian de energía”.
Este tema tiene aplicaciones potenciales en muchas áreas diferentes. En electrónica, por ejemplo, es importante para comprender y controlar cómo se comportan los electrones en un material. Los pulsos de attosegundos también se pueden utilizar para identificar diferentes moléculas, como en el diagnóstico médico.
Más repercusiones sobre el Nobel
“Desde hace unos años que se comentaba en el ambiente que era posible que se otorgue el Premio Nobel por la generación de attosegundos”, asegura Gustavo Trochia, físico e investigador del CONICET en el Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp, CONICET-UNLP-CICPBA)). “Si recorremos la trayectoria de los premiados, los tres han contribuido en todo el proceso experimental para materializar y consecuentemente tener estos pulsos de attosegundos, que son pulsos que están muy por debajo de la mil billonésima de segundo, claves para explorar los sistemas electrónicos. Porque con una herramienta física de pulso laser así uno puede explorar la dinámica electrónica en los materiales”, asegura.
En este sentido, Daniel Schinca, también físico de la Comisión de Investigaciones Científicas (CICPBA) y ex director del CIOp, explica que “los tres científicos se lo merecen por todo el esfuerzo que les llevó lograr esta herramienta. Estaban trabajando muy duramente en este tema desde principios de siglo y era de esperar que les dieran el Nobel a ellos y al área de óptica ultrarrápida, un tema que es de punta. El puntapié del premio de hoy fue el Premio Nobel de Física otorgado en 2018, que fue para un equipo científico que también había trabajado en este mismo área, que se llama ´pulsos de luz extremadamente cortos´. En 2018 se había galardonado a dos investigadores y una investigadora que habían trabajado en la forma de trabajar pulsos ultracortos. Los científicos que se premian ahora continúan en la senda de generar láseres en una escala temporal extremadamente corta”.
Schinca continúa: “Cuando ocurren por ejemplo reacciones químicas, en cualquier parte de los compuestos, inclusive en partes de nuestro cuerpo también, la parte más íntima de esas reacciones que se producen en el intercambio de electrones de los distintos compuestos, nunca se había podido medir o ver experimentalmente. Hasta ahora se había teorizado, o había un modelo sobre las reacciones químicas y cómo se producían el intercambio de sus electrones, pero medirlo experimentalmente era muy difícil, porque la escala de tiempo estaban muy por debajo del alcance de los métodos experimentales. Ahora tenemos herramientas para explorar esos procesos que están en la base de las reacciones químicas. Con este tipo de láseres ultracortos es posible explorar ese intercambio de electrones. Es un paso trascendental”.
Para Enrique Neyra, investigador del CONICET en el Centro Atómico Bariloche que realizó su tesis doctoral en el área de attosegundos, “los tres científicos premiados son los fundadores y pilares de esta área en el que basé mi tesis doctoral. Desde hacía tres o cuatro años que se decía que la rama de los attosegundos iba a ser premiada con un nobel, pero no pensaba que se iba a dar tan rápido. Estoy seguro que el enorme impacto de la herramienta producida por este equipo de científicos premiados se va a ver en las próximas décadas”.
Enrique A. Garabetyán.