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    Hacer explotar el vacío: el Premio Nobel incentiva el desarrollo de la ciencia

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    El 10 de diciembre se celebró en Estocolmo una ceremonia solemne de entrega de los Premios Nobel de Física a Arthur Ashkin, Gerard Mourou y Donna Strickland por sus inventos en el ámbito de la física del láser.

    El profesor titular del Instituto de las tecnologías de láser y plasma de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares (MEPhI) de Rusia (Moscú), Serguéi Popruzhenko, habló con Sputnik sobre la importancia del descubrimiento de Gerard Mourou y Donna Strickland y las perspectivas de su uso en la física del láser del futuro.

    — ¿En qué consiste el invento de Gerard Mourou y Donna Strickland?

    — El trabajo hecho en 1985 contribuyó a hacer un avance importante en el aumento de la posible intensidad de la radiación láser.

    Durante mucho tiempo, se pensó que la potencia del campo es limitada porque el cuerpo del láser es capaz de soportar solo una densidad determinada de la energía. Los dispositivos láser alcanzaron este límite en los años 80. Las investigaciones que requerían una mayor potencia se consideraron como ciencia ficción.

    En 1985, Gerard Mourou y Donna Strickland encontraron la posibilidad de salir fuera de este límite. Hacia aquel momento aparecieron los láseres que produjeron impulsos de radiación de longitud supercorta. Se puede alargar el tiempo de un corto impulso de láser con el uso de un sistema de prismas o redes de difracción de modo que cambie su color desde el inicio hacia el fin haciéndose más rojo de un lado y más azul del otro. Tal impulso cambia su color desde el inicio hacia el fin.

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    Se les ocurrió a Gerard Mourou y Donna Strickland que se podía alargar miles y centenares de miles de veces un impulso de femtosegundo intensificado hasta el límite coloreándolo un poco, de manera que cada parte suya tuviera una frecuencia distinta de la media.

    ¿Qué pasará con la potencia del impulso? El impulso de láser que alcanzó el límite de su potencia se alargará pasando por la red de difracción y su potencia se reducirá muchas veces. Posteriormente, podemos lanzarlo de nuevo en este sistema y aumentar hasta el límite y luego volver a reducirlo al reflejar la siguiente red de difracción.

    Este proceso incrementa miles de veces la intensidad de la radiación láser. Gerard Mourou y Donna Strickland mostraron cómo funciona esta idea y que es fácil realizarla.

    — ¿Qué resultados tuvo el invento?

    — El invento conllevó un incremento enorme de la potencia accesible de la radiación láser, que creció un millón de veces durante 30 años. Además, el invento imprimió un fuerte impulso a la ciencia fundamental. Los científicos se acercaron al área de la física que anteriormente se consideraba inaccesible para realizar pruebas.

    — ¿Cuándo empezó la MEPhI a participar en estas investigaciones?

    — El jefe del Departamento de Física Teórica Nuclear, uno de los teóricos más importantes del mundo, experto en electrodinámica cuántica de fuertes campos electromagnéticos, profesor titular Nikolái Narozhni, conoció a Gerard Mourou en los años 70, cuando pasaron juntos el período de prueba en la Universidad de Rochester en EEUU. En 2005 se encontraron en una conferencia de física del láser celebrada en Japón y se recordaron.

    Esta reunión fue muy importante. Cuando Gerard Mourou escuchó el discurso pronunciado por Nikolái Narozhni, quien predijo la aparición del par 'electrón y positrón' del vacío en un fuerte campo electromagnético y los informes de otros científicos, entendió que su invento debería dar un impulso importante al desarrollo de la física fundamental y en caso de aplicar esta tecnología a un nivel más avanzado se lograría obtener los campos electromagnéticos mencionados por Nikolái Narozhni. 

    Gerard Mourou preguntó por qué se trataba de un par 'electrón y positrón'. Quizás, en caso de incrementar la intensidad, el vacío se haga explotar con estos pares, eche una cantidad enorme de estos. Declaró, en resultado: "Sueño con hacer tal dispositivo láser que hará explotar el vacío".

    — ¿Cómo se puede hacer explotar el vacío?

    — Esta idea surgió en las discusiones de Gerard Mourou, Nikolái Narozhni y otros científicos.

    En el campo de láser, un electrón puede colisionar con un fotón y dar origen a un nuevo par 'electrón y positrón' y luego al otro. De esa forma se producirá una cascada similar a cascadas que surgen cuando los rayos cósmicos entran en la atmósfera de la Tierra. Este flujo surge literalmente del vacío en que se enfoca una potente radiación láser.

    Nikolái Narozhni, Alexandr Fedótov, Georg Korn y Gerard Mourou publicaron una investigación en la que probaron que, si estas cascadas se desarrollasen, la radiación láser se convertiría completamente en las partículas, lo que se llama "hacer explotar el vacío". Mientras, falta mucho para realizar esta idea.

    — ¿Cómo se desarrollan los proyectos de creación de láseres superpotentes?

    — El proyecto más conocido es Extreme Light Infrastructure (ELI), un laboratorio de tres secciones separadas que se construyen en la República Checa, Rumanía y Hungría. El proyecto prevé crear un dispositivo cuya intensidad será de 1024 o quizás 1025 vatios por cm2. Hasta el invento de Gerard Mourou y Donna Strickland, la intensidad era inferior a 1015 vatios por cm2.

    Es insuficiente para realizar la idea de Gerard Mourou de hacer explotar el vacío, pero es un avance muy importante.

    Posteriormente, será necesario crear un Centro Internacional de la Luz Extrema (XCELS) donde estará instalado el dispositivo láser más potente del mundo cuya intensidad será de 1026 vatios por cm2 y más. Tal aparato fue diseñado con la participación de Gerard Mourou y otros expertos eméritos en láseres superpotentes en el Instituto de Física Aplicada de la Academia de Ciencias de Rusia en Nizhni Novgorod, bajo la dirección del actual presidente de la Academia de Ciencias de Rusia, Alexander Serguéyev. 

    Se espera que se tome la decisión sobre el financiamiento del proyecto y es posible que la adjudicación del Premio Nobel a Gerard Mourou acelere este proceso.

    — ¿Qué consecuencias más puede tener la adjudicación del Premio Nobel?

    — Creo que el apoyo a los proyectos de láser crecerá en el mundo. La opinión pública prestará la atención a esta dirección científica, los escolares y estudiantes obtendrán la respectiva información y algunos de ellos elegirán esta área de investigaciones.
    Es importante también para la MEPhI, porque nuestra universidad está involucrada profundamente en este trabajo, participamos como teóricos en los megaproyectos ELI y XCELS.

    A pesar de que la construcción de los láseres no ha finalizado, la infraestructura de ELI ya ha empezado a funcionar. Estuve allí hace poco y el jefe del proyecto, Georg Korn, dijo que los rusos ocupan el segundo puesto en cuanto al número de participantes en el proyecto, entre los que hay muchos representantes de la MEPhI.

    Quisiera destacar que la MEPhI ofrece buenas condiciones iniciales a los jóvenes que deciden ocuparse de las ciencias experimentales o teóricas del láser. Los laboratorios con que cooperamos están en la vanguardia de las ciencias experimentales del láser. Espero que el proyecto ELI comience a funcionar dentro de varios años y este será el penúltimo paso hacia las pruebas reales de las ideas de Gerard Mourou basadas en las obras de Nikolái Narozhni y otros físicos teóricos.

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    Y el último paso se hará en Rusia, en caso de que el proyecto XCELS reciba apoyo.

    Etiquetas:
    Premio Nobel de Física, láser, física, Organización de los Premios Nobel, MEPhI (universidad)
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