Diez metros de cable y un destello de un cuarto de femtosegundo: la búsqueda de Ferenc Krausz del límite de velocidad de la luz

Una antena de cable de diez metros de longitud se extendía entre la casa familiar y un garaje en Mór, Hungría. Construida por un joven Ferenc Krausz, esta instalación casera captó señales de radio que cruzaban fronteras nacionales, demostrando cómo las ondas electromagnéticas invisibles podían transportar información a través del aire. Según el relato biográfico de Krausz, el experimento que la inspiró había tenido lugar en su aula del Colegio de Educación Primaria Miklós Radnóti, donde su profesor de física, Károly Kiss, demostró las leyes físicas que vinculan las ondas de radio con la luz solar. Esa chispa llevó a Krausz a matricularse en programas de titulación paralelos en Budapest, estudiando ingeniería eléctrica en la Universidad de Tecnología y Economía de Budapest (BME) y física en la Universidad Eötvös Loránd (ELTE).

Señales a través del cable

En Budapest, las clases de electrodinámica impartidas por Károly Simonyi en la BME y por György Marx en la ELTE afianzaron el interés de Krausz por las ondas electromagnéticas y la dinámica de los electrones. Krausz dio sus primeros pasos en la investigación experimental con láser bajo la dirección de Tibor Juhász en el Instituto de Física de la BME. Al trabajar en el laboratorio de Juhász, Krausz midió impulsos de luz infrarroja de picosegundos generados por un láser de estado sólido de vidrio dopado con neodimio. Aunque la escala temporal de los picosegundos superaba los límites electrónicos convencionales, la observación de los movimientos subatómicos de los electrones requería ráfagas de luz mucho más breves.

De los picosegundos a los femtosegundos

En 1987, el físico Arnold Schmidt invitó a Krausz a unirse a su grupo de investigación en la TU Wien de Austria para desarrollar láseres de estado sólido de femtosegundos. La ambición por capturar la dinámica de los electrones se intensificó en 1993, cuando Paul Corkum impartió una serie de conferencias en Viena. Los modelos teóricos de Corkum motivaron a Krausz y a sus colegas a buscar impulsos de campo óptico de un solo ciclo: destellos láser comprimidos hasta alcanzar una sola oscilación de la luz.

La captura del ciclo óptico único

Lograr impulsos tan breves exigía nuevos métodos técnicos. El grupo de Krausz colaboró con el equipo de Orazio Svelto en Milán, que había desarrollado el ensanchamiento espectral mediante fibras de núcleo hueco rellenas de gas. Para gestionar y comprimir estos impulsos de luz de banda ancha, Krausz se asoció con Robert Szipőcs y Kárpát Ferencz en Budapest con el fin de diseñar espejos multicapa «chirped» especializados. Al combinar el ensanchamiento con fibras de núcleo hueco y estos componentes ópticos diseñados a medida, el equipo de Viena logró a la vuelta del milenio generar y medir destellos de luz aislados de attosegundos mediante una cámara de barrido impulsada por campos de luz.

Del movimiento atómico a las huellas dactilares moleculares

Krausz amplió esta labor tras asumir cargos de liderazgo en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching en 2003 y en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich en 2004. En 2004, un miembro de su equipo, Eleftherios Goulielmakis, demostró una medición revolucionaria al liberar fotoelectrones en un lapso de 250 attosegundos para registrar directamente las rápidas oscilaciones de la luz roja visible.

La capacidad de muestrear variaciones ultrarrápidas del campo eléctrico pronto ofreció herramientas prácticas mucho más allá de la física atómica. En 2019, Krausz fundó el Centro de Huellas Dactilares Moleculares en Hungría para analizar la sangre humana mediante huellas dactilares moleculares de campo eléctrico. Al escanear la luz infrarroja emitida por los componentes sanguíneos, la técnica detecta sutiles cambios en la estructura molecular, transformando herramientas concebidas en su momento para rastrear el movimiento de los electrones en instrumentos para la detección temprana de enfermedades.

Ilustración editorial generada con IA; no es una fotografía documental.

Fuente: Nobel Prize Ferenc Krausz