Noticias© Comunicación Institucional, 05/10/2005

Universidad de Navarra

La investigación de los fenómenos luminosos

Autor: Héctor L. Mancini
Director del Instituto de Física
Universidad de Navarra

Fecha: 5 de octubre de 2005

Publicado en: La Gaceta de los Negocios (Madrid)

Este año se ha asignado el premio Nobel a dos aspectos diferentes de la investigación sobre los fenómenos luminosos. La mitad del galardón ha correspondido a Roy Glauber por la Teoría cuántica de la coherencia de luz. John Hall y Theodor Häensch comparten la otra mitad por una técnica espectroscópica basada en láseres. Son muchos ya los Nobel que se han otorgado por trabajos sobre el propio láser o sobre sus aplicaciones, cada vez más numerosas e importantes.

La parte del premio de Glauber corresponde a aspectos teóricos que permitieron incorporar la Teoría cuántica de la física a las ondas luminosas y a los procesos de detección de la luz, dando lugar al nacimiento de la denominada Óptica cuántica. En realidad, los conceptos cuánticos entraron en la óptica con el análisis de un experimento realizado por R. Handbury Brown y R. Q. Twiss entre 1954 y 1956, unos cinco años antes que el primer láser mostrara su luz coherente. Ese experimento demostró los primeros efectos de coherencia de una onda luminosa que se trasladaban al proceso de detección. En 1963, Glauber presentó sus artículos exponiendo su Teoría cuántica de la coherencia, que constituye la base de la teoría actual. En ella se establecen claramente las diferencias entre las ondas coherentes, como las que produce un láser y las ondas no correlacionadas, como la luz que emite una bombilla eléctrica o la luz de una llama.

La descripción cuántica dentro de la óptica se manifiesta necesaria en la descripción del proceso de la detección de la luz. Cuando varios detectores están correlacionados, el sistema se vuelve sensible a los efectos cuánticos, que serán más notorios si hay pocos fotones de luz. En estos casos, la descripción de Glauber resulta importante. Posteriormente a la formulación inicial de la teoría se llevaron a cabo experimentos con varios fotodetectores y todos han sido explicados adecuadamente con la teoría de Glauber.

La segunda parte del premio Nobel es compartida a partes iguales por dos investigadores con amplia experiencia en láseres, y se refiere a una técnica experimental. En la historia de la Ciencia, muchos avances se han producido gracias al desarrollo de técnicas que logran mejoras importantes en el proceso de medida de determinadas variables.

T. Häensch, con una larga experiencia en láseres y técnicas de espectroscopía, propuso en 1999 una técnica utilizando láseres de pulsos ultracortos para medir directamente frecuencias ópticas con respecto al reloj de Cesio. Con este láser se genera una cantidad de frecuencias igualmente espaciadas (un "peine de frecuencias") sobre todo el espectro visible que actúan como las marcas en una regla.

Esta técnica del "peine de frecuencias" permite determinar una frecuencia desconocida relacionándola a una de las de referencia de la "regla de medición". Häensch y sus colaboradores demostraron que esas marcas estaban realmente distribuidas con extrema precisión y permitían su relación muy precisa con la frecuencia incógnita, pero permanecía el problema de determinar el valor absoluto de la frecuencia. J. Hall, también con gran experiencia en estos temas, y sus colaboradores, encontraron la solución en el año 2000. Los grupos de ambos investigadores, en parte trabajando en colaboración, desarrollaron y perfeccionaron esta técnica.

Una frecuencia muy angosta proveniente de un láser desconocido puede medirse hoy observando su batido con la frecuencia de referencia más próxima. El batido es fácilmente detectable en el rango de las radio-frecuencias. Este fenómeno resulta análogo a la modulación de amplitud que se escucha entre dos diapasones de frecuencias próximas.

Las técnicas desarrolladas por Häensch y Hall permiten mediciones espectroscópicas muy sofisticadas y la fabricación de patrones de metrología de muy alta precisión. Sus aplicaciones son básicas y también tecnológicas. Permitirán, por ejemplo, desarrollar mejores sistemas de posicionamiento global (GPS) o la generación de pulsos de ultra corta duración para estudiar fenómenos de interacción de ultra alta intensidad.

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