Attosegundos: La herramienta ganadora del Premio Nobel para explorar el mundo de los electrones

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Un microscopio de haz electrónico de attosegundos. (Fotografía facilitada por Peter Baum)

¿Cuál es el tiempo más corto que puedes imaginar? ¿Un segundo? ¿Un milisegundo? ¿Un nanosegundo? ¿Y un attosegundo? Un attosegundo es la milmillonésima parte de la milmillonésima parte de un segundo, es decir, 0,000000000000000001 segundos. Para ponerlo en perspectiva, hay tantos attosegundos en un segundo como segundos desde el nacimiento del universo.

¿Por qué necesitamos una unidad de tiempo tan corta? Porque esa es la escala de tiempo en la que funcionan los electrones, componentes clave de átomos y moléculas. Los electrones son responsables de muchos fenómenos de la naturaleza, como la luz, la electricidad, el magnetismo y las reacciones químicas. Para comprender y controlar estos fenómenos, necesitamos poder observar y manipular los electrones en su entorno natural.

Ahí es donde entra en juego la física de attosegundos. La física de attosegundos es una rama de la ciencia que utiliza pulsos de luz extremadamente cortos para sondear e influir en el comportamiento de los electrones en la materia. El Premio Nobel de Física 2023 se concedió a tres científicos pioneros en este campo: Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L'Huillier.

Generación de altos armónicos en criptón. Esta tecnología es una de las técnicas más utilizadas para generar ráfagas de luz de attosegundos. Crédito: WikiMedia

Los galardonados desarrollaron métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundos utilizando láseres de alta potencia para interactuar con átomos o moléculas. Los láseres dan a algunos electrones energía extra, que luego emiten en forma de luz con muchas frecuencias diferentes. Combinando estas frecuencias, los científicos pueden crear un único pulso de luz que dura sólo unos cientos de attosegundos.

Estos pulsos pueden utilizarse para estudiar cómo los electrones se mueven o cambian de energía en el interior de átomos y moléculas. Por ejemplo, pueden captar cómo un electrón salta de una órbita a otra o cómo es expulsado de un átomo por otro fotón. También pueden medir el tiempo que tarda un electrón en transferirse entre átomos, lo que es importante para comprender los enlaces y las reacciones químicas.

Las contribuciones de los galardonados han abierto nuevas posibilidades para explorar el mundo de los electrones y su papel en la naturaleza. Su trabajo tiene aplicaciones en muchos campos, como la electrónica, la química, la biología y la medicina. Por ejemplo, los pulsos de attosegundos podrían utilizarse para crear microprocesadores más rápidos y eficientes, identificar distintas moléculas para diagnósticos médicos o diseñar nuevos materiales con propiedades novedosas.

La física de los attosegundos es un campo joven y vibrante que promete revelar nuevos conocimientos sobre los procesos fundamentales que dan forma a nuestro mundo. Como dijo Eva Olsson, Presidenta del Comité Nobel de Física: "Ahora podemos abrir la puerta al mundo de los electrones. La física de los attosegundos nos brinda la oportunidad de comprender mecanismos gobernados por electrones. El siguiente paso será utilizarlos".