Premio Nobel de física de 2018 para los láser que pueden mover objetos

La Real Academia de las Ciencias de Suecia ha galardonado con el Premio Nobel de Física a Arthur Ashkin, Gérard Mourou y Donna Strickland por sus «rompedores avances en física laser«.

El galardon queda repartido entre Arthur Ashking «por las pinzas ópticas y su aplicación en los sistemas biológocos» y la otra es para Gérad Mourour y Donna Strickland «por su método de generar pulsos ópticos ultracortos de alta intensidad«. Strickland es la tercera mujer que gana el Premio Nobel de Física, tras conseguirlo Marie Curie en 1903 y Maria Goeppert-Mayer en 1963, ambas nacidas en la actual Polonia.

«Los avances que premiamos este año han revolucionado la física láser«, ha dicho la Academia, que entregará 9 millones de coronas suecas (más de 1 millón de euros) a los ganadores.

Según ha explicado la Academia que otorga los Nobel, los «instrumentos de precisión avanzada» de Ashkin, Mourou y Strickland «están abriendo áreas de investigación inexploradas y múltiples aplicaciones industriales y médicas«.

Mover objetos con la presión de la luz

Arthur Ashkin, de 96 años, inventó unas pinzas ópticas que agarran partículas, átomos, virus y otras células vivas con sus ‘dedos’ del rayo láser. Esta nueva herramienta permitió a Ashkin realizar un antiguo sueño de ciencia ficción: usar la presión de la radiación de la luz para mover objetos físicos. Tuvo éxito en obtener luz láser para empujar las partículas pequeñas hacia el centro del haz y mantenerlas ahí.

Un importante avance se produjo en 1987, cuando Ashkin utilizó las pinzas para capturar bacterias vivas sin dañarlas. Inmediatamente comenzó a estudiar sistemas biológicos y pinzas ópticas que ahora son ampliamente utilizados para investigar la maquinaria de la vida. Por ejemplo, las propiedades de los motores moleculares, grandes moléculas que realizan un trabajo vital dentro de las células. Además, las pinzas ópticas también pueden utilizarse para separar las células sanguíneas sanas de las infectadas, algo que podría aplicarse ampliamente en la lucha contra la malaria.

En El País recogen las impresiones del físico español Ricardo Arias González, introductor de las pinzas ópticas con aplicaciones biológicas, celebra la decisión de la Real Academia de las Ciencias de Suecia. «Arthur Ashkin era uno de los grandes olvidados», explica. «Las pinzas ópticas han abierto un mundo de posibilidades. Permiten coger una sola molécula y aislarla del resto en el espacio. Es algo que nunca se había conseguido y que ha permitido estudiar la biología celular y molecular como si fueran objetos macroscópicos. Es como estudiar las piezas de un reloj«, señala Arias González, del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia.

El físico español subraya que una de las ventajas de las técnicas ópticas es que la luz puede penetrar en el interior de una célula sin romper su membrana ni perturbar su actividad. Algunos experimentos ya han logrado manipular, dentro de células vivas, los cromosomas (los paquetes que contienen la información genética) y las mitocondrias (las fábricas energéticas celulares), según resalta Arias González. “Manipular las moléculas intracelularmente, con la célula viva, es un campo activo de investigación. Es algo rompedor en esta década”, apunta.

Luis Roso, director del Centro de Láseres Pulsados de Salamanca (CLPU), referencia en España en esta tecnología se siente afortunado por este premio. La razón es que su funcionamiento se basa en la tecnología CPA que ha sido galardonada con este reconocimiento y, por lo tanto, la visibilidad y fiabilidad de sus investigaciones se verá reforzada.

Cuando se creo esta técnica, en 1985, este catedrático de Óptica de la Universidad de Salamanca estaba en el epicentro académico de su surgimiento en la Universidad de Rochester (Estados Unidos), donde trabajaban Mourou y Strickland.

«Este Nobel refuerza la idea de que gastamos dinero público en la dirección correcta«, ha declarado Roso a Efe, convencido de que este tipo de reconocimientos ayudan en la tarea investigadora, que cuando arranca «no sabes cómo va a salir«.

Roso quedó fascinado por esa tecnología y desde entonces centró sus esfuerzos en traerla a España y a Salamanca en concreto, convencido del futuro de los láseres intensos como fuente de avances científicos.

Lo que comenzó con un sistema de 20 teravatios se ha convertido en el único sistema español capaz de alcanzar un petavatio de potencia pico, como pudieron comprobar recientemente los reyes de España en su inauguración y primer ‘disparo’.

El denominado «VEGA» del centro investigador salmantino es uno de los diez láseres más potentes del mundo y por esta razón equipos científicos llegados desde cualquier parte del mundo están en ‘lista de espera’ para acceder a estas instalaciones entre dos y tres semanas, en las que aprovechan esta tecnología para avanzar en sus investigaciones.

«Estamos muy contentos«, ha resumido el director del CLPU, convencido de que este tipo de láseres tienen «mucho potencial de futuro» y equivalen a «una revolución tecnológica» que tiene entre sus principales campos de acción la sanidad y la seguridad, pero que avanza también en otras aplicaciones.

Base para la cirugía ocular por láser

Gérard Mourou y Donna Strickland han allanado el camino hacia los pulsos de láser más cortos e intensos creados por la humanidad. Su artículo revolucionario fue publicado en 1985 y fue la base de la tesis doctoral de Strickland.

Utilizando un enfoque ingenioso, lograron crear pulsos de láser de alta intensidad ultracortos sin destruir el material amplificador. Primero estiraron los pulsos de láser en el tiempo para reducir su potencia máxima, luego los amplificaron y finalmente los comprimieron. Si un pulso es comprimido en el tiempo y se hace más corto, puede reunirse más luz en el mismo pequeño espacio, con lo que la intensidad del pulso aumenta drásticamente.

Estos pulsos son tan breves como un femtosegundo, la milbillonésima parte de un segundo, lo que permite observar eventos que suceden entre las moléculas y los átomos tan rápidamente que antes parecían ser instantáneos y solo se podía describir el antes y el después. La extremadamente alta intensidad de un láser también hace que su luz sea una herramienta para cambiar las propiedades de la materia: los aislantes eléctricos se pueden convertir en conductores, y los rayos láser ultrafinos hacen posible taladrar agujeros en diversos materiales de forma extremadamente precisa, incluso en materia viva.

La nueva técnica de Strickland y Mourou, llamado CPA (Chirped Pulse Amplification) pronto se convirtió en estándar para los posteriores láseres de alta intensidad. Sus usos incluyen los millones de cirugías oculares correctivas que se realizan cada año usando los rayos láser más nítidos. Con ellos se pueden fabricar endoprótesis quirúrgicas, unos cilindros diminutos que ensanchan y refuerza los vasos sanguíneos, el tracto urinario y otros pasadizos dentro del cuerpo. Aunque, como explican desde la academia sueca, las innumerables áreas de aplicación de estos trabajos aún no han sido completamente exploradas, «estos famosos inventos nos permiten adentrarnos en el micromundo con el mejor espíritu de Alfred Nobel, para el mayor beneficio para la humanidad», aseguran.