Del Superfotón al Láser de Rayos X

09 de marzo de 2011, 08:25Por Dr. Luis Hernández (Colaborador de Prensa Latina) Físicos alemanes han logrado alcanzar a nivel de laboratorio algo que hace poco se consideraba imposible: un superfotón, una fuente de luz completamente nueva. Con este descubrimiento se abre potencialmente la vía a la fabricación de láseres ultravioleta y de rayos X.   El superfotón es un nuevo estado de la materia, análogo al estado sólido, líquido o gaseoso, y se describe como un estado cuántico de alta densidad llamado Condensado de Bose-Einstein (CBE). La idea se remonta a Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en los años 1924-25, pero no se logró producir experimentalmente el primer condensado hasta 1995. Por este resultado práctico, seis años después, se otorgó el Premio Nobel de Física. Un CBE es creado por enfriamiento de átomos a temperaturas cercanas al cero absoluto (-273 grados Celsius) agrupándose entre si y convirtiéndose en indistinguibles, como una superpartícula. Hasta ahora se pensaba que los fotones, las partículas asociadas a la luz, no podían alcanzar el CBE porque parecía imposible lograr al mismo tiempo, enfriar la luz y aglomerar los fotones. Ya que los fotones no tienen masa, cuando ellos son enfriados pueden ser absorbidos por el medio que los rodea. Así, era necesario encontrar una forma de enfriar los fotones sin que disminuyera su número. Para evitar que los fotones fueran absorbidos, los investigadores diseñaron un contenedor hecho de espejos situados muy, muy cerca uno de otro -una separación cerca de la millonésima de metro (un micrón). Entre los espejos se colocaron moléculas de tintura, pequeñísimas porciones de pigmento colorido. Cuando los fotones inciden sobre estas moléculas son absorbidos pero a continuación son emitidos, apareciendo nuevamente en el contenedor. Los espejos no permiten la salida de los fotones, pero cada vez que ellos inciden sobre las moléculas, son absorbidos y posteriormente reemitidos, intercambiando energía térmica, disminuyendo de esta forma la temperatura. Cuando la temperatura es cercana al cero absoluto los fotones se unen para formar un condensado de Bose-Einstein. El CBE de fotones es una fuente de luz con características que pueden ser utilizadas en los láseres, con una clara ventaja: la luz generada es emitida a longitudes de onda muy pequeña. Hace 50 años, en mayo de 1960, T. Maiman construyó el primer láser de rubí. Las motivaciones iniciales para la construcción de los láseres estaban dirigidas a las ramas de las comunicaciones; transmitir en el ancho de banda de la luz, que es millones de veces mayor que el de las microondas, ilusionaba a los ingenieros a tener miles de canales de TV, que en esos momentos recién comenzaba a desarrollarse. A lo largo de esta media centuria, las aplicaciones de los láseres han sido extensas y variadas, se encuentran en toda la actividad humana: desde reproductores de DVD y lectores ópticos, pasando por los sistemas de armamentos, en las comunicaciones a través de cables de fibra óptica y en muchos equipos médicos. En el presente, el mercado mundial del láser registra entre cinco mil y siete mil millones de dólares anualmente. La mayor parte de esta cifra corresponde a láseres vendidos a la industria manufacturera para su uso en el procesamiento de materiales, pero otra buena parte del mercado utiliza el láser en sistemas de comunicación y para el almacenamiento de datos. El láser es una fuente de luz que posee tres características esenciales: es monocromática, es decir emite a una sola longitud de onda, un solo color; es un haz extremadamente direccional y posee una alta potencia por unidad de área. Tanto para el procesamiento de materiales como para el almacenamiento de datos se necesitan láseres que emitan en pequeñas longitudes de onda. Los láseres que permiten variar la longitud de onda están basados en materiales semiconductores. Al inicio, se construyeron láseres semiconductores que emitían únicamente en el rojo, de longitud de onda relativamente grande. En los años 90 y principios de siglo se trabajó intensamente en crear un láser semiconductor que emitiera en el azul, con longitud de onda menor que el rojo. En ese empeño participaron investigadores de la Universidad de La Habana. Hoy en día es una realidad el láser azul y sus resultados se observan, por ejemplo, en las magníficas imágenes del Blu-Ray comercial. El poder fabricar un láser de rayos X, con longitud de onda mucho más pequeña aún, es un anhelo de los que trabajan en este campo. Se podrá diseñar nuevos chips y almacenar mayor información, porque en la industria electrónica se usa el láser para grabar o bien en los circuitos en el soporte de material semiconductor o en los discos DVD. Hacerlo con haces de luz de longitud de onda grande es como pintar con un rotulador de punta gruesa, mientras que un láser a rayos X sería como un rotulador de punta finísima. Así se podrían fabricar chips con más circuitos y mucho más complejos en la misma superficie de silicio, con lo que llegaría una nueva generación de chips de alto rendimiento y, por tanto, computadores más potentes. Claro que el láser de rayos X aún debe caminar un gran trecho; más de 20 años se demoró en fabricar el láser azul y el reto ahora es mayor. La ciencia y la técnica siempre ofrecen vías alternas y el superfotón no es el único camino para alcanzar el láser de rayos X. Fg/Lh (*) Profesor Titular. Facultad de Física. Universidad de La Habana