Hoy vamos a hablar del descubrimiento realizado por Gérard Mourou y Donna Strickland, dos investigadores que han recibido el premio nobel de física de 2018 (compartido con Arthur Ashkin) por sus descubrimientos en el campo de la física de los láseres.

¿En qué consiste este descubrimiento? ¿Y por qué es tan importante?

Lo que han conseguido estos investigadores es amplificar y comprimir pulsos láser hasta escalas antes inalcanzables. Esto lo han conseguido con una técnica llamada “Chirped Pulsed Amplification” conocida como CPA por sus siglas en inglés.

Hasta la fecha de este descubrimiento (1985) era imposible amplificar pulsos láser que tuvieran una intensidad superior a 1015 W/cm2, ya que fundían cualquier material con el que se fabricara el amplificador láser.

Fig.1 Evolución de la intensidad máxima de los láseres con el tiempo.

La idea genial que tuvieron estos investigadores está esquematizada en la siguiente figura:

Fig. 2: Esquema de la amplificación de pulsos láser, técnica conocida como «Chirped Pulse Amplification»

Y se pude resumir en cuatro fases:

1. Generar un pulso de luz láser.

2. Estirar el pulso láser en el tiempo, lo cual reduce la intensidad máxima del pulso.

3. Amplificar el pulso estirado, el cual ya no destruye el amplificador porque no tiene tanta intensidad máxima.

4. Comprimir en el tiempo el pulso amplificado.

Estos pulsos increíblemente cortos e increíblemente intensos han revolucionado la ciencia básica y sus aplicaciones. Vamos a ver tres aplicaciones de esta técnica que han sido especialmente relevantes para la sociedad:

1-     Tener pulsos láser ultracortos es como tener una cámara ultrarrápida para “ver” procesos que antes parecían instantáneos. Podemos pensar que estos pulsos son como el tic-tac de un reloj que permite establecer el orden en el que han sucedido los eventos.

Por ejemplo, se pueden observar cómo se mueven los electrones en la fotosíntesis de las plantas o el movimiento de los electrones alrededor de un átomo. Es decir, ¡podemos estudiar como ocurren las reacciones químicas a nivel atómico (ver la escala temporal en la Fig.3).

Fig.3 Escala temporal de distintos procesos físicos.

2-     El segundo gran avance que comentaremos, ha sido en el campo de la medicina. En concreto, estos láseres se utilizan en las cirugías oculares mínimamente invasivas para corregir la miopía, la hipermetropía o el astigmatismo. Esto ha supuesto una mejora en la calidad de vida de muchas personas, unos 40 millones desde 1991.

Fig. 4 Esquema de una cirugía ocular con láser pulsado.

3-     Para acabar, comentaré otra línea de investigación muy prometedora, que ya se está probando en algunos laboratorios. Consiste en utilizar estos láseres como aceleradores de partículas, esto podría abaratar y reducir mucho el tamaño de los futuros aceleradores. Lo cual sería importantísimo por ejemplo para los hospitales, cada uno podría tener su propio acelerador. O para los futuros colisionadores de partículas, todavía estamos esperando a ver cuál será el sucesor del LHC debido a lo caro que resulta construir una instalación de este tipo.

Esta técnica tiene innumerables aplicaciones en química, biología, física, ciencia de materiales, electrónica, industria, medicina, etc. No entraré a comentar cada una de ellas, pero espero haberos convencido de que este descubrimiento bien merece un premio Nobel, no solo por el descubrimiento en sí, sino por todas las aplicaciones que ha tenido después.

Un ejemplo más de cómo un avance en ciencia básica puede acabar transformando otros campos de investigación y dar lugar a aplicaciones impensables antes del descubrimiento.