Nobel para la «visión» de los electrones

El Nobel de Física ha sido concedido este año a Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L’Huillier «por métodos experimentales que generan pulsos de luz de attosegundos para el estudio de la dinámica de los electrones en la materia». Casi se puede decir que su descubrimiento permite ver los electrones en el átomo y en las interacciones entre átomos.

1 attosegon = 10 (-18) segundos, según muestra la imagen

Anne L’Huillier es profesora de física atómica en la universidad de Lund, Suecia, desde 1997. De formación física y matemática realizó el doctorado en física experimental en la universidad Marie et Pierre Curie de París y trabajó en diferentes centros de investigación de Suecia, Estados Unidos y Francia. En 1992 trabajó en uno de los primeros experimentos de pulsos de láser de attosegundos hechos en Europa.

Pierre Agostini es profesor emérito de física experimental en la universidad de Ohio, Estados Unidos. Hizo el doctorado en la universidad de Aix-Marsella y después trabajó en el centro de investigación CEA-Paris-Saclay, Francia hasta 2002. En 2001 Agostini y su equipo crearon un pulso de 250 attosegundos de duración, combinando pulsos ultracortos de luz ultravioleta con luz infrarroja.

Ferenc Krausz, director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica desde 2003 y profesor de la universidad Ludwig Maximilian desde 2004 en Munich, Alemania. Estudió física teórica en la universidad Eötvös Loránd e ingeniería eléctrica en la universidad Técnica de Budapest, Hungría. En 2001, Krausz y su equipo seleccionaron un único pulso de 650 attosegundos que utilizaron para rastrear cómo los electrones eran separados de sus átomos.

Ondas estacionarias

Cuando se produce una vibración, en una cuerda de guitarra, por ejemplo, el rebote de la onda en los extremos de la cuerda hace que se combinen la vibración de ida y de vuelta creando lo que se llama una onda estacionaria (en la figura aparecen como «overtones» en inglés), o múltiples ondas estacionarias cuando continúa la vibración.

Los saltos electrónicos crean ondas estacionarias

Anne L’Huillier en la década de los 1990 estudia cómo interactúa la luz láser con los átomos de un gas noble. Cuando las ondas de láser se acercan al átomo hacen variar el campo electromagnético que mantiene el electrón cerca del núcleo atómico y lo suben hasta un nivel más alto de energía, cayendo después de nuevo a su nivel de energía estable y emitiendo la energía que había ganado en el salto en forma de pulso de luz. Estos saltos y emisiones se producen continuamente mientras dura la acción de las ondas láser sobre los átomos y la combinación de las ondas emitidas producen las ondas estacionarias que aparecen en los experimentos. La siguiente figura, de la Academia Sueca de Ciencias, muestra este fenómeno.

Las investigaciones posteriores de Pierre Agostini y Ferenc Krausz a partir del año 2000 consiguieron controlar los pulsos de luz e incluso aislar un solo pulso que permitía estudiar cómo un electrón era obligado a saltar a un nivel de energía superior en un átomo. Estos experimentos demostraron cómo se podían observar y medir los pulsos de attosegundos. Más tarde se consiguieron pulsos de unas pocas docenas de attosegundos con los que es posible seguir el movimiento de los electrones dentro de los átomos o en las reacciones químicas, cuando interacciona un átomo con otros.

Fuentes de información

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