futuro

Sábado, 14 de agosto de 2010

LOS 50 AñOS DEL LASER: UNA REVOLUCION TECNOLOGICA

El día en que amplificaron la luz

El 6 de agosto de 1960 se publicó en la revista Nature un artículo que describía el funcionamiento del primer dispositivo láser. Era la culminación de un trabajo de más de cuatro décadas y el inicio de un nuevo tiempo marcado por una tecnología que hoy está totalmente incorporada a nuestra vida cotidiana.

 Por Jorge Forno

Sería muy difícil imaginar la vida moderna sin el láser, una tecnología que acaba de cumplir sus primeros y saludables cincuenta años. Aunque buena parte de su desarrollo ocurrió en el terreno de los conocimientos teóricos, hoy en día el láser forma parte de una extensa galería de herramientas, con usos que van desde las prácticas médicas a los procesos industriales. También hay láser en el tiempo de ocio. Por ejemplo, el multifacético dispositivo permite la grabación y reproducción de audio y video en discos compactos, o en los nuevos Blue Ray.

El término láser proviene de una sigla: la de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, o amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación. Desde que se planteó la posibilidad teórica de su construcción, fabricar un dispositivo de este tipo llevó muchos años de investigación y ensayos. Es que cuando hablamos de láser hablamos de luz. Pero –claro está– no de cualquier luz.

DAME LUZ (MONOCROMATICA Y DIRECCIONABLE)

A diferencia de las fuentes convencionales de radiación lumínica, la luz del láser es monocromática, es decir que tiene una sola longitud de onda. Y estas ondas se acoplan ordenadamente con una impecable regularidad. La unión hace la fuerza –y la coherencia– y esta regularidad permite concentrar la radiación y ganar precisión para actuar sobre un sitio determinado. Como si esto fuera poco, además la luz emitida es direccionable: diverge muy poco y puede proyectarse a largas distancias sin que el haz se abra o disemine su energía en un área mayor. Una luz intensa, coherente, monocrómatica y direccionable, pero para nada fácil de obtener. La construcción del primer aparato con capacidad para emitir este tipo de luz no fue un logro puntual, sino más bien algo parecido a una carrera por etapas, en la que se enfrascaron científicos de todo el mundo y que tuvo ingredientes económicos y políticos nada desdeñables.

EINSTEIN ESTUVO AHI

Para bucear en los orígenes del láser, debemos remitirnos –cuándo no, si de física moderna se trata– a Albert Einstein. En 1917 el prolífico científico estudió la propiedad de los electrones de absorber o emitir luz en forma de fotones, pequeñísimas partículas portadoras de radiación electromagnética. Einstein planteó que era posible lograr una emisión estimulada: ni más ni menos que la interacción entre un fotón y un átomo que inicialmente se encuentra en un estado excitado y que cuando pasa a su estado base emite un fotón con iguales características de dirección y de fase que el fotón inicial. Una verdadera amplificación de fotones, a partir del fotón inicial, que originaría una radiación electromagnética coherente. El tema fue retomado en un artículo titulado “Absorción negativa”, publicado en 1924 por Richard Tolman y Paul Ehrenfest, del Instituto de Tecnología de California, que sumaron argumentos teóricos a favor de la coherencia de la emisión estimulada. Cuatro años después Rudolf Ladenburg, investigador de la Universidad Humboldt de Berlín, pasó de las palabras a los hechos. En uno de sus trabajos con gas neón comprobó experimentalmente la factibilidad de la emisión estimulada de luz y su coherencia.

DIRECTO DE FABRIKANT

El experimento de Ladenburg representó un primer y decisivo paso en el camino para la construcción de un dispositivo láser, pero su hallazgo quedó guardado por muchos años en la oscura galería de los conocimientos teóricos, esperando ser rescatado del olvido por algún investigador inquieto. Y fue en los años ’50 cuando, aún sin una aplicación concreta en mente, la ciencia dio revancha a la emisión estimulada de luz. En el tormentoso marco de la Guerra Fría, científicos de uno y otro lado de la Cortina de Hierro se lanzaron a competir en una lucha que abarcaba todos los campos disciplinarios, sin disimular la preferencia por los de interés militar, como la física. Del lado soviético sobresalió la figura de Valentin Aleksandrovich Fabrikant, un físico, matemático y educador que investigaba cuestiones relacionadas con la emisión de luz. En 1951, Fabrikant y un equipo de colaboradores presentaron una solicitud de patente sobre la invención de un nuevo método de amplificación de luz que se extendía a la radiación ultravioleta, infrarroja y a las frecuencias de radio. Todo un hallazgo camino a la construcción de lo que después se conoció como un dispositivo láser. Pero la patente recién le fue otorgada por el Estado soviético en 1959, cuando ya otros investigadores habían usufructuado su trabajo. Fabrikant fue multicondecorado como héroe soviético pero, sin embargo, no pudo disfrutar de las muy capitalistas regalías que la patente de su descubrimiento le habrían proporcionado, y murió en junio de 1991, el mismo año en que la URSS estalló en mil pedazos.

EL MASER DE TOWNES

Tras el hallazgo de Fabrikant, Joseph Weber, de la Universidad de Maryland, propuso su técnica de amplificación de la emisión estimulada y en 1954 los soviéticos Nikolai Basov y Alexandr Prokhorov publicaron un artículo profundizando el tema. En 1953, un equipo dirigido por el físico Charles H. Townes fabricó un dispositivo –pariente cercano del láser– que funcionaba con los mismos principios físicos, pero que en lugar de un haz de luz monocrómatica generaba uno de microondas, que se conoció con el nombre de máser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). El aparato de Townes era en principio bien experimental: tenía algunos problemas de funcionamiento que Basov y Prokhorov se encargaron de resolver. Townes, Basov y Prokhorov obtuvieron el Premio Nobel de Física en 1964 por “los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica” y se ganaron un lugar más visible en la historia de la ciencia que el pobre Fabrikant.

LA ERA DEL RUBI

En este punto la carrera por construir un láser –y patentarlo– se tornó frenética. Intentar construirlo con fondos estatales implicaba someterse a un riguroso control militar e ideológico en un asunto estratégico. Townes se unió a su ex compañero de estudios –que además se había convertido en su cuñado– Arthur Schawlow, de los laboratorios Bell, para construir un láser por fuera del corsé estatal. Varios grupos de investigación en distintos países se sumaron al desafío de fabricarlo, trabajando con el supuesto –sostenido desde los tiempos de Ladenburg– de que los gases serían el mejor elemento para hacerlo. Pero remando contra la corriente predominante, la gran noticia llegaría desde la compañía aérea del millonario Howard Hughes, un archiconocido y excéntrico magnate que se destacó como industrial, constructor de aviones, piloto de riesgo y productor de cine. En sus laboratorios, el físico Theodore Maiman había experimentado reemplazando el gas por un rubí sintético en un máser. Maiman construyó un pequeño artefacto que utilizaba un cristal cilíndrico de rubí de un centímetro aproximado de diámetro y que al recibir ráfagas de luz de unas millonésimas de segundo de duración, daba lugar a breves pulsaciones de luz láser. La carrera por el dispositivo había tenido un inesperado y silencioso ganador. El 6 de agosto de 1960 se publicó en la revista Nature el trabajo de Maiman, titulado “Stimulated Optical Radiation in Ruby”, un breve pero fundamental artículo sobre la primera emisión de luz láser.

Hubo reconocimientos para todos y una salomónica solución al tema de las patentes: la del láser de Rubí para Maiman y la del máser para Townes. Hasta el cuñado de Townes recibió un premio Nobel de Física en 1981 por el desarrollo de un láser espectroscópico.

FICCIONES Y REALIDADES

El láser invadió también el mundo de la ficción. Un amplio surtido de artefactos basados en este versátil dispositivo pobló el universo de la literatura y el cine fantástico, llegando al clímax en la saga cinematográfica de La Guerra de las Galaxias. Pistolas, espadas y otras máquinas diversas permitieron a héroes de ficción enfrentar a feroces enemigos imaginarios. En el mundo real, en cambio, la tecnología láser interviene en cuestiones de una menor carga épica pero de gran relevancia práctica. La detección de los movimientos de la corteza terrestre o de la contaminación atmosférica, la inducción de reacciones químicas, experimentos de relatividad, su uso como bisturí quirúrgico o el prometedor desarrollo de fibra óptica de baja pérdida fueron posibles gracias a la fabricación de distintos tipos de sistemas láser. También el láser se convirtió en una formidable herramienta para la industria bélica, formando parte de dispositivos de posicionamiento, cegamiento, sofisticadas armas o del tristemente famoso proyecto de Ronald Reagan, la Iniciativa Estratégica para la Defensa, en el que se cruzan la ficción y la realidad: el proyecto fue conocido popularmente como Guerra de las Galaxias, igual que el film.

Cumplido su primer medio siglo, el láser renueva su vigencia proyectándose a territorios impensados, algunos esperanzadores y otros riesgosos. Esta joven historia recién comienza.

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