El Premio Nobel de Física de este año ha sido otorgado a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier por su trabajo en la generación de pulsos de attosegundos, que permitió a los científicos estudiar la dinámica ultrarrápida de los electrones en la materia. Puedes encontrar más detalles sobre su investigación en el comunicado de prensa oficial.

Observando los átomos

Para apreciar la importancia de su trabajo, es crucial entender la increíble velocidad a la que operan los átomos y los electrones. Dentro de las moléculas, los átomos están constantemente en movimiento, rotando y desplazándose en meros femtosegundos, equivalentes a 10^-15 segundos.

Si profundizamos más, encontraremos que los electrones individuales dentro de los átomos son aún más ágiles, cambiando su energía y posición espacial en sólo decenas a cientos de attosegundos. ¡Esta velocidad es tres órdenes de magnitud más rápida que un femtosegundo!

Dado este rápido movimiento, observar o registrar cambios en la energía de los electrones requiere intervenciones precisas y igualmente rápidas. En el pasado, los físicos utilizaban un pulso láser para estimular un electrón. Sin embargo, el pulso más rápido que podían generar era de un femtosegundo, ya que su duración está limitada por un período de su oscilación electromagnética.

La innovación

El gran avance se produjo en 1987, cuando Anne L’Huillier y su equipo descubrieron que, al hacer pasar luz infrarroja a través de argón, incluso la luz de longitud de onda larga podía generar pulsos extremadamente cortos.

Este proceso implicó que el electrón expulsado, energizado por la luz infrarroja, excitara armónicos de orden superior tras la recombinación. ¿El resultado? Longitudes de onda más cortas en el rango ultravioleta, produciendo un destello que duró sólo unos cientos de attosegundos. 

En la década de 1990, los físicos desentrañaron el misterio detrás de este fenómeno, y a principios de la década de 2000, el equipo de Pierre Agostini desarrolló un mecanismo capaz de producir múltiples pulsos de attosegundos consecutivos. Al combinar estos pulsos cortos con el pulso de irradiación, pudieron manipular los parámetros de los armónicos superiores, revelando una duración del pulso de solo 250 attosegundos.

Simultáneamente, el grupo de Ferenc Krausz avanzaba en sus investigaciones y dominaba la producción de destellos individuales aislados, que utilizaron de inmediato para determinar el tiempo que un electrón tardaba en desprenderse de un átomo.

Importancia 

Desde entonces, las aplicaciones de los pulsos de attosegundos se han ampliado, ofreciendo una mayor precisión en el control del estado cuántico de los electrones, especialmente durante procesos como la fotoionización. Además, pueden emplearse para generar estados entrelazados entre un electrón y un catión.