Si piensas en procesos rápidos es posible que et venga a la mente en disparo de un arma o un chispazo. Para nosotros son un visto y no visto, está claro, pero hay todo un universo más veloz. Redondeando mucho y para hacernos una idea, podemos decir que una bala tarda la tercera parte de un segundo en recorrer el cañón de una pistola. Eso es 0,33 segundos, que es mucho menos de lo que tardamos en escribir un Whatsapp, pero infinitamente más de lo que necesita un electrón para moverse. Para eso hace falta añadir unos cuantos ceros después de la coma. Y esa es la cuestión. Los electrones no son partículas ajenas a nuestro día a día, son fundamentales en todo tipo de reacciones químicas y procesos que dan forma a nuestra realidad. Recorren nuestros circuitos y nos aprovechamos de ellos, por lo que nos interesa sobremanera poder medir esos tiempos infinitamente cortos.

Los galardonados con el Nobel de Física de 2023 han logrado precisamente eso. Sus nombre son Pierre Agostini, Ferenc Krausz y Anne L'Huillier, y a través de investigaciones independientes han permitido desarrollar sistemas de medición de altísima precisión que trabajan en la escala de tiempo en que ocurren estos procesos: los attosegundos, que son la billonésima parte de un segundo, 18 ceros entre la coma y el 1, esto es, 0,0000000000000000001 segundos. Cuesta imaginar algo tan minúsculo, pero podemos aproximarnos si pensamos que un attosegundo es a un latido de nuestro corazón (1 segundo), lo mismo que un latido sería a la edad del universo (13.800 millones de años). Hasta sus contribuciones se solía asumir que el femtosegundo era la duración más corta que podíamos medir, pero un attosegundo es 1000 veces más breve. Ellos han hecho posible la anatomía de un instante, diseccionándolo ese femtosegundo en partes inimaginablemente más breves, para ver qué ocurre en su interior.

Tomándole el pulso al tiempo

Si tenemos que ordenar cronológicamente a los premiados, posiblemente debamos empezar por Anne L’Huillier, que en 1987 estaba estudiando qué ocurría cuando atravesaba diferentes gases con luz láser infrarroja. Así es como constató que, al recorrer un gas noble, la energía que suministraba el láser a los átomos del gas excitaba a sus electrones, las partículas eléctricamente cargadas que rodean el núcleo de los átomos. Poco después, los electrones dejaban de estar excitados y esa energía sobrante se liberaba en forma de luz. Hasta aquí no había nada nuevo, pero la manera en que se emitía esa energía restante captó la atención de Anne. La luz emitida era una superposición de ondas diferentes, no una pura. Ondas que, además, parecían tener frecuencias diferentes, lo que conocemos como “sobretonos”. Esto fue la semilla de todo.

Estos sobretonos fueron importantes para Pierre Agostini y Ferenc Krausz, que publicaron en 2001 dos técnicas independientes (aunque similares) para generar con ellos pulsos de láser extremadamente cortos, del orden de los 250 attosegundos en el caso de Pierre y de 650 en el de Ferenc. Lo habían logrado, habían conseguido emitir pulsos de luz bastante más cortos que un femtosegundo y, aunque sus tecnologías siguen siendo punteras, se han ido refinando en estos dos años. Durante mucho tiempo, el pulso más breve que éramos capaces de producir superaba los 6 femtosegundos (6000 attosegundos), ahora, el récord está en las pocas decenas de attosegundos. El propio Ferenc Krausz nos lo explicaba durante los premios Fronteras del Conocimiento BBVA, donde tuvimos la oportunidad de entrevistarlo: “El concepto siempre ha sido el mismo: Dispara un primer pulso de luz corto para que las partículas del material reaccionen y luego dispara un segundo pulso igual para tomar una especie de fotografía instantánea del proceso. Puedes esperar tiempos diferentes entre los dos disparos para captar momentos diferentes del proceso y reconstruirlos después, como si fueran los fotogramas de una película. La diferencia es que ahora, con esta tecnología, hay más fotogramas y la película se ve mucho menos borrosa”.

Superordenadores, medicina del futuro y otras promesas

Por muy alejado que suene todo esto, es la llave al mundo de lo instantáneo. Cuando hablamos de personas enfermas, hablamos en parte de la plétora de reacciones químicas que están ocurriendo en su sangre. Cuando nuestra abuela nos envía una imagen de “buenos días” lo hace a través de electrones que recorren los semiconductores de nuestros teléfonos. Imagina tener que tallar un grano de arroz sin la lupa que te permita estudiar la escala de lo diminuto. Pues algo similar sucede con el tiempo. Y es que, según el propio Ferenc aclaró: “La escala de tiempo del attosegundo es más que suficiente para estudiar cualquier proceso fuera del núcleo atómico, pero dentro la escala cambia y hablamos de tiempos incluso más breves, los zeptosegundos”.

Se hace muy difícil trabajar con procesos tan breves sin la tecnología que nos permita “observarlos”. Esos láseres de pulsos ultracortos nos permiten multiplicar la resolución temporal de nuestros experimentos y discernir mejor qué elementos hay en una muestra en función de los ligeramente distintos tiempos que tarden sus electrones en desexcitarse. Gracias a ellos podemos activar los superconductores de un computador en un abrir y cerrar de ojos, permitiendo que procesen información más rápido que nunca. Las posibilidades son tantas como attosegundos en la edad del universo y, en palabras de Ferenc: “Esto ya no es ciencia básica, es ciencia muy aplicada y cada vez más”.