La Real Academia de las Ciencias de Suecia dio a conocer este martes a los ganadores del Premio Nobel de Física 2023: los físicos Anne L’Huillier, Pierre Agostini y Ferenc Krausz por abrir el camino a una nueva área de investigación, la attofísica, y proporcionar herramientas para explorar el mundo de los electrones, pero ¿qué es un attosegundo y cuánto dura?
Lo primero que debes saber es que Anne L’Huillier es la quinta mujer en ganar el premio Nobel de física y en 1987 sorprendió al mundo científico con la observación de matices de luz completamente distintos al transmitir luz láser infrarroja a través de un gas noble.
Casi dos décadas después, en 2001, Agostini y Krausz consiguieron producir pulsos de luz que duraban apenas 250 y 650 attosegundos, respectivamente; lo que abre puertas hacia el entendimiento de la attofísica y sus futuras aplicaciones en campos tan diversos como materiales avanzados y la medicina.
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Y a todo esto ¿Qué es el attosegundo y cuánto dura?
De acuerdo con el doctor Giuseppe Pirruccio, investigador del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) un attosegundo es mil veces más rápido que un femtosegundo (escala más conocida) y dura el tiempo suficiente para ver el movimiento de un electrón alrededor de un átomo.
"Si hacemos analogías, un attosegundo es mil veces más rápido que el femtosegundo, una escala más conocida. Sin embargo, si visualizas el movimiento de un electrón alrededor de un átomo, esa es la escala temporal de un attosegundo. Es lo suficientemente rápido para ver a un electrón moverse dentro de un sólido, medir el tiempo de fotoionización, entre otros fenómenos de dinámica interna", explicó el investigador.
Para ponerlo en contexto, el universitario detalló que este descubrimiento aborda una rama de investigación en espectroscopía óptica, la cual inicio en los 80 con experimentos y generación de pulsos de femtosegundos, que son tres órdenes de magnitud “más lentos” comparados con los actuales que valieron el Nobel.
La idea principal, explica, es que, con pulsos de luz muy cortos, podemos observar fenómenos tan rápidos que no se pueden grabar como un video continuo de un fenómeno físico por lo que es necesario usar una técnica especial, parecida a la estroboscópica, llamada de bombeo-prueba que consiste en tomar “fotos” a diferentes tiempos, luego unirlas para generar una especie de “video”, pero no grabado de manera continua.
"En un experimento típico de bombeo-prueba, mandas un pulso de luz corto a una muestra (gas atómico, moléculas, sólido, líquido), y tras un intervalo controlado, envías otro pulso corto que observa el sistema en ese momento. Cambias el retraso entre estos dos pulsos repetidamente. El primer pulso siempre “bombea” o excita al sistema, y el segundo “sondea” su evolución en distintos tiempos. Esta colección de imágenes muestra lo que ocurría de forma continua en la muestra. Sirve para investigar fenómenos cada vez más rápidos en una muestra de interés", precisó Pirruccio.
El investigador destacó que los fenómenos más veloces son los relacionados con la dinámica electrónica en los átomos, los cuales eran imposibles de observar con pulsos de femtosegundos, pero este esta cambio en el duración del pulso permitirá observar estos fenómenos con mejor resolución temporal y espacial.
"Directamente derivado de la mecánica cuántica, el movimiento de un electrón alrededor de un átomo se encuentra en el orden del attosegundo. La única forma de observar esa oscilación es con pulsos de esa misma duración. La tecnología para obtener estos pulsos es diferente a la de los femtosegundos. No es solo un cambio en la duración del pulso, sino también en la tecnología para generarlos y guiarlos hacia la muestra.
Por otro lado, hay una relación en física que limita la duración temporal de un pulso por cada longitud de onda presente en el espectro electromagnético. Para tener pulsos de attosegundos, debes estar en el ultravioleta extremo, es decir, decenas de electronvolts. Por esta razón, siendo la longitud de onda central muy corta, estos pulsos no solo ofrecen resolución temporal extrema, sino también espacial. Desde este punto de vista, ganas en ambas resoluciones: temporal y espacial", indicó.
Pirruccio destacó que con estas herramientas se podrán observar fenómenos antes inaccesibles, viendo enlaces moleculares romperse y formarse, moléculas torcerse, etc, pero no sólo eso, pues esta técnica permitirá controlar procesos detallados a nivel atómico. Por ejemplo, manipular la ruptura de un enlace químico o la foto ionización de un electrón.