Arxiu del dimecres, 3/10/2018

Premi Nobel de Física 2018. Làsers de ciència ficció.

dimecres, 3/10/2018

El Premi Nobel de Física de l’any 2018 és remarcable no només pels descobriments premiats (això ja se suposa) sinó pel fet que per tercera vegada a la historia, hi ha una dona entre les  guardonades. En el camp de la física només Marie Curie l’any 1903 i Maria Goeppert-Mayer l’any 1963 ho havien aconseguit. No era normal i el d’aquest any és un pas en la bona direcció. És clar que encara queda molt per equilibrar-ho ni que sigui una mica. Tres dones d’un total de dos-cents deu guardonats en un percentatge absurdament petit.

En tot cas, els guardonats d’aquest any ho han sigut “pels seus descobriments en el camp de la física dels làsers”. El camp del làser sempre ha representat una bona font d’inspiració pels autors de ciència ficció, però els físics se les han empescat per fer que aquells invents imaginats a les novel·les, pel·lícules i sèries vagin esdevenint realitat. A Star Treck o Star Wars feien servir “raigs tractors” per capturar les naus amb feixos de llum, però això és essencialment el que va aconseguir l’Arthur Ashkin quan va trobar la manera de manipular la matèria fent servir llum làser. Ell va inventar el que s’anomenen “pinces de làser” amb les que es podia capturar i manipular primer àtoms, després molècules més grans i finalment coses ja de la mida de bacteris. Encara no són naus espacials, però temps al temps…

Inicialment va ser “fàcil”. Ashkin aplicava un llum làser a una partícula i l’energia del feix de llum l’empenyia cap endavant per un mecanisme conegut com pressió de radiació. El cas és que les partícules es movien de maneres diferents si estaven al centre del feix o pels costats. L’energia del feix no es distribueix uniformement i això es podia aprofitar per empènyer les partícules en una direcció o altra. Ashkin va anar perfeccionant el sistema i amb lents per concentrar el feix va aconseguir “capturar” i “manipular” partícules en el que eren trampes de llum.

I gairebé per accident es va trobar un dia que a la trampa hi havia un seguit de partícules més grans del que havia posat. Quan les va mirar al microscopi va veure que eren bacteris i es va adonar que les seves pinces de llum servirien per manipular estructures orgàniques… si aconseguia que no les fregissin. La clau va ser fer servir làsers de infraroig, que tenen menys energia i permeten manipular coses com cromosomes o orgànuls subcel·lulars sense danyar la cèl·lula. Els descobriments d’Ashkin fan que ara es pugui agafar, tallar i manipular estructures de dins la cèl·lula amb una precisió pràcticament quirúrgica.

D’altra banda, també en el camp del làser, un avenç va permetre començar a estudiar coses que passen en temps molt curts. Va ser la tesi doctoral de la Donna Strickland, que, junt amb el seu director, en Gérard Mourou han guanyat l’altre meitat del premi. El que buscaven era la manera de generar polsos de làser tan intensos i breus com fos possible. Ja no parlem de segons, ni de mil·lisegons sinó de picosegons, femtosegons o attosegons, és a dir trilionèsimes de segon.

El problema que hi havia fins aleshores era que en augmentar la intensitat, el material que feien servir per amplificar-lo quedava destruït per la mateixa potencia del làser. El que van fer en Morou i la Strickland va ser repartir el procés per etapes. Primer “l’estiraven”, és a dir que augmentaven la longitud d’ona. Això fa que el feix perdi energia. Aleshores el passaven per l’amplificador i en pujaven la intensitat sense malmetre l’aparell. I finalment el tornaven a la longitud d’ona inicial però ja amb la intensitat augmentadíssima. Simple, elegant i pràctic. La cirurgia ocular que actualment es fa amb làser fa servir aquesta tècnica.

Però també fa que el pols pugui ser molt breu. Tant que ja permet estudiar fenòmens que passen inconcebiblement ràpids, com ara el moviment dels electrons. El desenvolupament del sistema inventat pels dos guardonats segueix millorant i ja hi ha en perspectiva el superar límit dels zeptoseconds (miltrilionèssimes de segon).

De vegades la ciència ficció sembla un joc de nens comparat amb el que alguns científics arriben a fer.