The Royal Swedish Academy of Sciences- Science Editors: Ulf Danielsson, Mats Larsson, Eva Olsson, the Nobel Committee for Physics. Text: Anna Davour. Translator: Clare Barnes. Illustrations: Johan Jarnestad. Editor: Sara Gustavsson.
El Premio Nobel de Física 2023
A través de sus experimentos, los galardonados de este año han creado destellos de luz que son lo suficientemente cortos como para tomar instantáneas de los movimientos extremadamente rápidos de los electrones.
Anne L'Huillier descubrió un nuevo efecto de la interacción de la luz láser con los átomos de un gas. Pierre Agostini y Ferenc Krausz demostraron que este efecto puede utilizarse para crear pulsos de luz más cortos de lo que antes era posible.
Electrones en pulsos de luz.
Un pequeño colibrí puede batir sus alas 80 veces por segundo. Sólo podemos percibirlo como un zumbido y un movimiento borroso. Para los sentidos humanos, los movimientos rápidos se confunden y los acontecimientos extremadamente breves son imposibles de observar. Necesitamos utilizar trucos tecnológicos para capturar o representar estos breves instantes.
La fotografía de alta velocidad y la iluminación estroboscópica permiten capturar imágenes detalladas de fenómenos fugaces. Una fotografía muy enfocada de un colibrí en vuelo requiere un tiempo de exposición mucho más corto que el de un solo aleteo. Cuanto más rápido sea el evento, más rápido será necesario tomar la fotografía si se quiere capturar el instante.
El mismo principio se aplica a todos los métodos utilizados para medir o representar procesos rápidos; cualquier medición debe realizarse más rápidamente que el tiempo que tarda el sistema en estudio en sufrir un cambio notable; de lo contrario, el resultado será vago. Los galardonados de este año han realizado experimentos que demuestran un método para producir pulsos de luz que son lo suficientemente breves como para capturar imágenes de procesos dentro de átomos y moléculas.
La escala de tiempo natural de los átomos es increíblemente corta. En una molécula, los átomos pueden moverse y girar en millonésimas de milmillonésima de segundo, femtosegundos . Estos movimientos se pueden estudiar con los pulsos más cortos que se pueden producir con un láser, pero cuando se mueven átomos enteros, la escala de tiempo está determinada por sus núcleos grandes y pesados, que son extremadamente lentos en comparación con los electrones ligeros y ágiles. Cuando los electrones se mueven dentro de átomos o moléculas, lo hacen tan rápido que los cambios se borran en un femtosegundo. En el mundo de los electrones, las posiciones y las energías cambian a velocidades de entre uno y unos pocos cientos de attosegundos, donde un attosegundo es una milmillonésima de milmillonésima de segundo.
Un attosegundo es tan corto que el número de ellos en un segundo es igual al número de segundos que han transcurrido desde que surgió el universo, hace 13.800 millones de años. En una escala más identificable, podemos imaginar un destello de luz enviado desde un extremo de una habitación a la pared opuesta; esto demora diez mil millones de attosegundos.
Durante mucho tiempo se consideró que un femtosegundo era el límite de destellos de luz que era posible producir. Mejorar la tecnología existente no fue suficiente para ver procesos que ocurrían en las escalas de tiempo sorprendentemente breves de los electrones; se necesitaba algo completamente nuevo. Los galardonados de este año realizaron experimentos que abrieron un nuevo campo de investigación: la física de attosegundos .
Pulsos más cortos con la ayuda de matices altos.
La luz está formada por ondas (vibraciones en campos eléctricos y magnéticos) que se mueven a través del vacío más rápido que cualquier otra cosa. Estos tienen diferentes longitudes de onda, equivalentes a diferentes colores. Por ejemplo, la luz roja tiene una longitud de onda de unos 700 nanómetros, una centésima parte del ancho de un cabello, y realiza ciclos aproximadamente cuatrocientos treinta mil mil millones de veces por segundo. Podemos pensar en el pulso de luz más corto posible como la duración de un solo período en la onda de luz, el ciclo en el que sube hasta un pico, baja hasta un valle y regresa a su punto inicial. En este caso, las longitudes de onda utilizadas en los sistemas láser ordinarios nunca pueden bajar de un femtosegundo, por lo que en la década de 1980 esto se consideraba un límite estricto para las ráfagas de luz más cortas posibles.........
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Nueva presentación el 11 de octubre.
Cordiales saludos.
Dr. Anibal E. Bagnarelli,
Bioquímico-Farmacéutico,UBA.
Ciudad de Buenos Aires, R. Argentina
