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Reacciones: Nobel de Física a Agostini, Krausz y L’Huillier por desarrollar pulsos de luz que permiten estudiar el movimiento de electrones en la materia

La Real Academia de Ciencias de Suecia ha concedido el Premio Nobel de Física 2023 a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier por desarrollar “métodos experimentales que generen pulsos de luz de attosegundos". Esos avances hicieron posible la observación del movimiento de partículas en los átomos en la escala de tiempo más breve captada por el ser humano. Un attosegundo es una unidad de tiempo equivalente a la trillonésima parte de un segundo, aproximadamente el tiempo que tarda la luz para recorrer el diámetro de un átomo. 

03/10/2023 - 12:46 CEST
 
Reacciones

Pedro Miguel Echenique - nobel Física

Pedro Miguel Echenique

Presidente de la Fundación Donostia International Physics Center (DIPC) y catedrático de Física de la Materia Condensada de la Universidad del País Vasco (UPV - EHU)

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Es un premio que esperaba y que es justo, aunque tienen que ser tres los premiados y siempre puede quedarse alguien fuera. Implica diseñar nuevas formas de medir que llegan más lejos, y cada vez que se abre una nueva ventana se abre el conocimiento. El poder seguir el movimiento de los electrones en unidades de attosegundo, que es la millonésima de la billonésima española es una proeza. Y extenderlo a los sólidos también. [En cuanto a posibles aplicaciones] Si somos capaces de seguir el movimiento de los electrones en esos tiempos tan pequeños, quizá podamos dirigirlos con más precisión en terapias.

Conflicto de interés: Pedro Echenique es coautor junto con Ferenc Krausz del artículo del año 2007 en la revista Nature Attosecond spectroscopy in condensed matter”, uno de los trabajos por los que ha sido concedido el premio Nobel y que supone el primer experimento de la attofísica en sólidos. 

ES

Nobel física 2023 - Alicia Palacios

Alicia Palacios

Profesora del departamento de Química e investigadora especializada en ciencia de attosegundos, procesos ultrarrápidos en interacción láser-materia, física atómica y molecular de la Universidad Autónoma de Madrid

Science Media Centre España

La academia sueca premia a la experimentación en ciencia de attosegundos. Ciencia joven, nacida en el presente siglo. En el año 2001, F. Krausz generó en su laboratorio en Viena el primer pulso de luz con una duración en la escala de tiempo de los attosegundos (1 attosegundo es la trillonésima parte de un segundo), haciendo así posible, por primera vez, la captura de imágenes temporales del movimiento de los electrones en la materia. Suponía el gran logro de los rapidísimos avances en tecnología láser, con significativas contribuciones de P. Agostini y A. L'Huillier.   

Esta tecnología ha permitido obtener medidas experimentales que hace apenas unas décadas parecían inalcanzables, desde poder cuantificar las diferencias de tiempo en la emisión de electrones desde distintos niveles de un mismo átomo, hasta visualizar en tiempo real la redistribución de cargas en moléculas biológicas. Los pulsos de attosegundos han podido acceder a los mecanismos más fundamentales que gobiernan la formación y ruptura de enlaces químicos, es decir, llegar al corazón de la física y de la química, a su nivel más fundamental. Y todo apunta a que puede que solo sea el principio de la attoquímica, de la attobiología y, quién sabe, si de la attomedicina. Las aplicaciones ya están en camino 

Más allá de la alegría propia de poder felicitar a una colaboradora nuestra, como es A. L'Huillier, y a colegas en nuestra comunidad científica, para nosotros, trabajando en ciencia de attosegundos, este premio Nobel supone un revulsivo y elemento motivador, pues reconoce a una ciencia relativamente joven. Las grandes aplicaciones de esta tecnología aún están por llegar, aún por demostrarse, y un reconocimiento así, siempre sirve como incentivo. Esperemos que impulse las ya incipientes aplicaciones en otras áreas como la química e incluso de biología.

"A. L'Hullier es colaboradora nuestra y compartimos incluso una publicación científica reciente."

ES

Nobel física 2023 - Juan Diego Ania Castañón

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Estoy encantado de ver el trabajo pionero de Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier reconocido con el Premio Nobel de Física. Sus avances experimentales, que habilitaron la generación de trenes de pulsos láser con duraciones en la escala de los attosegundos, han permitido el estudio de procesos a escalas de tiempo previamente imposibles de alcanzar, contribuyendo de forma extraordinaria al avance de nuestra comprensión de la materia.   

Se trata de uno más de los muchos y muy merecidos premios Nobel de las últimas décadas con la fotónica como protagonista, que confirma al láser como la tecnología habilitadora definitiva de la segunda mitad del siglo XX y lo que llevamos de siglo XXI, capaz tanto de abrir ventanas a la exploración del universo a través de la detección de ondas gravitacionales, como de permitir las medidas más precisas de las magnitudes u objetos más pequeños o explorar los acontecimientos más rápidos de la naturaleza.

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ES

Nobel física 2023 - María José García Borge

Science Media Centre España

Estoy muy emocionada con la concesión del Premio Nobel 2023 a este avance de la investigación básica y que se ha concedido a Pierre Agostini, Frenec Krausz y Anne L’Huillier. Conozco especialmente la carrera de Anne L’Huillier y Frenec Krausz a quien recientemente se le concedió el premio Wolf de Física 2022 y el premio de la Fundacion BBVA de Frontera del Conocimiento 2023.  

Anne L’Huillier, teórica de formación, fue pionera en demostrar que la generación de armónicos muy altos es posible, lo que permite producir pulsos de un tiempo tan corto como un attosegundo (una parte en 10^18 de segundo). Frenec Krausz fue el primero en producir estos pulsos ultracortos de una manera controlada en su laboratorio de la Universidad de Viena, décadas más tarde, en 2001.  

Estos descubrimientos han permitido fotografiar el movimiento de los electrones en átomos y moléculas, permitiendo entender su dinámica y cómo, por ejemplo, ocurre su fotoionización. Hoy en día se pueden hacer películas en tiempo real de estos procesos.

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ES

Nobel física 2023 - Jens Biegert

Jens Biegert

Director del grupo Attoscience and Ultrafast Optics

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Los pulsos de luz de attosegundos son una herramienta revolucionaria para la ciencia básica y aplicada, ya que nos proporcionan por primera vez una cámara lo suficientemente rápida como para adquirir imágenes nítidas de cómo y dónde se mueven los electrones. Esto es importante ya que el movimiento de los electrones lo determina literalmente todo, desde cómo se produce una reacción química, cómo metabolizamos o cómo funcionan los materiales y los sensores. Los tres ganadores representan muy bien este nuevo campo interdisciplinario de la ciencia, de crecimiento extremadamente rápido, al que han contribuido muchas personas.

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ES

Nobel física 2023 - Luis Roso

Luis Roso

Catedrático de Física Aplicada en el área de Óptica

Siempre se piensa que el tiempo más corto que hay es el que pasa desde que el semáforo se pone en verde hasta que te pita el coche de atrás. ¡Pues no! El Nobel de este año se ha dado a tres científicos que han sido pioneros en los láseres de pulsos más breves, los attosegundos. 

Estos pulsos se pueden obtener ahora de diversas formas, pero los tres fueron pioneros en obtenerlos a base de generación de harmónicos. Partiendo de un láser infrarrojo conseguían múltiplos de su frecuencia (lo que denominamos harmónicos). Los tres galardonados han sido pioneros en estas técnicas a fin de conseguir de una serie de harmónicos con fases bien controladas un pulso de duración muy corta, rompiendo la barrera de pocos femtosegundos y bajando a la siguiente escala, attosegundos. 

La obtención de láseres de femtosegundo fue clave para de estudio de las reacciones químicas, lo que motivo el premio Nobel de Química a Ahmed Zewail por la invención de la denominada femtoquímica.  

Ahora, estos tres galardonados han permitido avanzar un escalón más. A la escala de attosegundos los iones no tienen tiempo para moverse, por su masa. Sin embargo, los electrones, que son mucho más ligeros, se mueven precisamente en esta escala de tiempo. Pensando un átomo como un sistema planetario (con las reservas que impone la física cuántica) el electrón orbita en esta escala de tiempo, de ahí su interés. 

En Europa hay dos grandes instalaciones dedicadas a los attosegundos. Una es ELI-ALPS en Szeged, Hungría, basada en las técnicas desarrolladas por estos tres pioneros. La otra es el Eu-XFEL en Hamburgo, Alemania, donde han desarrollado una técnica alternativa basada en electrones acelerados a una energía enorme. Las dos son instalaciones ESFRI. 

Los attosegundos son ya una realidad, no diría cotidiana, pero sí accesible a la comunidad científica y ello ha sido posible gracias a los tres galardonados y a su trabajo pionero.

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ES

Luis Plaja - Nobel Física 2023

Luis Plaja

Investigador del departamento de Física Aplicada y miembro del grupo de investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica (ALF) de la Universidad de Salamanca

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La entrega del Premio Nobel de Física 2023 es, sin duda, una excelente noticia y un motivo de alegría para los grupos nacionales que trabajan en el campo de la attofísica, varios de los cuales colaboramos con alguno de quienes han recibido el premio. Los láseres son una fuente de luz especial por su coherencia, es decir, por emitir luz en forma de ondas con características muy regulares, luz cuya estructura puede ser modificada a discreción en los laboratorios. Los premiados desarrollaron contribuciones fundamentales que permitieron que este tipo de luz pueda utilizarse para controlar el movimiento de los electrones en escalas tan cortas como unas decenas de trillonésimas de segundo, lo que técnicamente se denomina la escala de attosegundo.  

La tecnología de attosegundo proporciona nuevas herramientas para la investigación científica, como por ejemplo, destellos de luz tan breves que nos permiten resolver el movimiento de los electrones en los átomos, fuentes láser de rayos x que nos permiten explorar estructuras nanométricas y diseños experimentales que nos permiten medir cuánto tiempo duran procesos como la ionización, duraciones tan breves que nunca antes han sido medidas. Los tres galardonados no son solo pioneros en este tipo de técnicas sino que han desarrollado unas carreras científicas sólidas, extendidas en el tiempo, y que han contribuido de forma sobresaliente a la consolidación de la attociencia como nueva disciplina en la física. 

“Hemos colaborado con Anne L'Huillier. En particular, el profesor Íñigo Sola, de nuestro grupo, tiene colaboraciones en investigación (publicaciones). También hemos colaborado enviando estudiantes a su laboratorio”.

ES

Carlos Hernández García - nobel de física

Carlos Hernández García

Profesor titular del departamento de Física Aplicada y miembro del grupo de investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica (ALF) de la Universidad de Salamanca

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Es una noticia fantástica y un reconocimiento muy deseado y esperado por la comunidad científica de óptica y de láseres ultrarrápidos. Gracias a la attofísica, hoy en día podemos observar procesos que ocurren en la naturaleza en tiempos tan breves como trillonésimas de segundo, algo realmente con lo que hasta hace unos años solo podíamos fantasear. En ese mundo tan breve es donde el movimiento de los electrones dentro de átomos y moléculas tiene lugar, y el desarrollar una "cámara de fotos" que nos permita observarlos es el primer paso para poder entender los procesos más fundamentales de la naturaleza.  

Una vez entendidos, podemos ir un paso más allá y manipularlos, para, por ejemplo, crear nuevos materiales que satisfagan los retos a los que se enfrenta nuestra sociedad. Los trabajos experimentales de los profesores L'Huillier, Agostini y Krausz han sido clave en el desarrollo de esa "cámara de fotos", formada mediante pulsos láser con duraciones de attosegundos (¡1 attosegundo es 0,000000000000000001 segundo!). Su creación y su caracterización no fue nada fácil. El proceso que ha logrado generar estos pulsos se denomina generación de armónicos de orden alto, un proceso altamente no lineal que combina varias ramas de la física: óptica de láseres intensos, física cuántica y electrodinámica clásica. A pesar de que los primeros experimentos se desarrollaron a finales de los años 80, hoy en día seguimos refinando y entendiendo la técnica de generación de estos pulsos tan breves.

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ES

José A Rodrigo - Nobel Física 2023

José A. Rodrigo

Profesor titular del departamento de Óptica en la facultad de Ciencias Físicas y miembro del grupo de investigación interdisciplinar de Óptica Computacional (GICO) de la Universidad Complutense de Madrid

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Es un premio esperado que reconoce un avance crucial en el desarrollo del láser como tecnología interdisciplinar y habilitadora. Este tipo de láser consistente en pulsos de luz de attosegundos de duración permite estudiar la naturaleza de fenómenos ultrarrápidos, como el movimiento de los electrones en átomos y moléculas. Sin duda también tendrá un papel esencial como herramienta para manipular y controlar la materia a escalas tan pequeñas, ¡y todo ello empleando luz!

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Rosa Weigand - Nobel Física

Rosa Weigand

Catedrática del departamento de Óptica de la facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid y directora del Grupo de Investigación “Física del Láser, Óptica Cuántica y Óptica no Lineal”

Nuevamente el Premio Nobel de Física valora un trabajo experimental de excelencia. En esta ocasión se da reconocimiento a trabajos donde la manipulación de la luz permite entrar en el mundo de los electrones, donde la Óptica y la Física Atómica van de la mano. A finales de los años 80 los láseres de pulsos ultracortos de femtosegundos (1 fs=10-15 s) estaban suficientemente desarrollados como para que el inicio del campo electromagnético pudiera excitar electrones ligados a niveles extremadamente altos, a una situación cercana a la ionización y que el final del campo acercara después bruscamente el electrón al núcleo. En este viaje el electrón libera energía en forma de fotones altamente energéticos, en forma de campos electromagnéticos coherentes de muy corta longitud de onda. Es la denominada generación de armónicos altos, HHG (High Harmonic Generation). Ensamblando esos campos adecuadamente en el tiempo, el campo total presenta una duración de attosegundos (1 as=10-18 s).

Son los eventos físicos más rápidos que el hombre puede hacer, medir y utilizar para seguir la dinámica electrónica en átomos y moléculas. Y si puedes ver lo que hace un electrón, su transición entre orbitales en tiempo real, es evidente que estamos ante un nuevo periodo para la ciencia. Estamos ante la attociencia, una de las disciplinas que va a ser clave en el S. XXI.

Esto es ciencia básica pero, ¿cuáles son sus aplicaciones? Nos quedan 80 años para terminar el siglo.

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ES

Benjamín Alonso - Nobel Física 2023

Benjamín Alonso Fernández

Profesor Titular de la Escuela Politécnica Superior de Zamora, Universidad de Salamanca

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El Premio Nobel de Física de 2023, junto con el de años anteriores como el de 2018, pone una vez más de relevancia la importancia de la Óptica, los láseres y la Fotónica, desde el punto de vista científico y tecnológico. Los trabajos de los premiados sentaron la base de la attofísica. Las herramientas ópticas son esenciales en multitud de aplicaciones, permitiendo interaccionar con los materiales con gran resolución espacial en aplicaciones como la microscopía, biomedicina o procesado de materiales, entre muchas otras.

La tecnología de los láseres ultracortos y ultraintensos es singular por varios motivos. Por un lado, permite una resolución temporal inigualable con otras técnicas, gracias a la producción de pulsos ultracortos en escala de attosegundo (1 attosegundo = 10^-18 segundos, es decir, 1/1000000000000000000 segundos). Es ahí donde radica una de las claves de este premio Nobel, gracias al descubrimiento, la comprensión y el manejo del proceso de generación de armónicos de orden elevado. Los campos electromagnéticos que se propagan en la luz visible oscilan en escalas de tiempo ligeramente superiores, pero el proceso estudiado permite generar láseres pulsados en otros rangos espectrales (ultravioleta extremo y rayos X), en los que la luz oscila aún más rápido y permite obtener pulsos más cortos. Por otro lado, estas fuentes de luz son capaces de interaccionar con la estructura de la materia a niveles más profundos, lo que ha permitido estudiar dinámicas electrónicas e incluso nucleares en escalas ultrarrápidas.

En los últimos años, he interaccionado científicamente con la profesora Anne L’Huillier a través de la colaboración entre la Universidad de Salamanca, la Universidad de Oporto, la Universidad de Lund y la empresa Sphere Ultrafast Photonics (spin-off de la cual ella es cofundadora), con desarrollos y publicaciones relacionadas con la técnica dispersion scan que se utiliza para medir temporalmente los pulsos láser que producen el proceso de generación de armónicos.

Ha colaborado con la profesora Anne L’Huillier.

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Enar Franco - Nobel Física 2023

Enar Franco Rodríguez

Investigador del departamento de Óptica de la Universidad Complutense de Madrid

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El Premio Nobel de Física otorgado a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L'Huillier es un reconocimiento muy merecido por su trabajo pionero en la generación de pulsos de luz extremadamente cortos, conocidos como attosegundos. Estos científicos han revolucionado nuestra comprensión de cómo los electrones se mueven en la materia, permitiéndonos ‘fotografiar’ la dinámica de los electrones en acción. 

Imagina que puedes capturar en cámara lenta el vuelo de un insecto. De manera similar, estos premiados han desarrollado una tecnología que nos permite observar cómo los electrones se comportan en escalas de tiempo increíblemente pequeñas, del orden de los attosegundos, que son mil millones de veces más cortos que un segundo. Esto es esencial para entender procesos fundamentales en química, física y materiales, y podría tener aplicaciones revolucionarias en áreas como la electrónica cuántica y la nanotecnología. En resumen, su trabajo nos ha brindado una nueva ventana para explorar el mundo subatómico y promete avances significativos en la ciencia y la tecnología en el futuro. 

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