Física y Quimica

Premios Nobel de Física 2005

Premios Nobel

 

 

 

 

 

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    Premio Nobel de Física 2005

La luz exhibe una doble naturaleza: puede ser considerada como una onda electromagnética o como un chorro de partículas (llamadas fotones). Los fotones transportan energía en forma de pequeños paquetes llamadas "cuantos". Cuando la materia interacciona con la luz absorbe su energía (de ahí que sintamos calor si estamos expuestos al sol, por ejemplo) ... pero ¿cuál es el mecanismo según el cual se produce la absorción de los fotones por la materia?. Roy. J. Glauber fue el primero que aplicó la física cuántica al estudio de este problema en 1963.

La luz que estamos acostumbrados a ver es una mezcla de ondas de diversas longitudes de onda. Sin embargo existen métodos para "fabricar" luces que estén formadas por un conjunto de ondas cuyas longitudes de onda sean prácticamente idénticas. O lo que es lo mismo, vibran al unísono. Son los láseres. Este tipo de luz se dispersa mucho menos que la luz normal, de ahí que puedan obtenerse finísimos haces (cirugía, lectores de discos...) o usarlos para transmitir información a través de la fibra óptica. John Hall y Theodor W. Hänsch han desarrollado técnicas que permiten fabricar láseres que emiten luz de muy alta calidad que han permitido mediciones con una gran precisión.

 

Roy J. Glauber

John L. Hall

Theodor W. Hänsch

Roy J. Glaubert (1925). U.S.A .

"por su contribución a la teoría cuántica de la coherencia óptica"

John L. Hall (1934). U.S.A.

Theodor W. Hänsch (1941). Alemania

"por  sus contribuciones al desarrollo de la espectroscopía de precisión basada en el láser, incluyendo la técnica de peinado de frecuencias"

Glaubert publicó en 1963 unos trabajos que fueron pioneros en la aplicación de la física cuántica a los fenómenos ópticos.

Tal como  Einstein explicó en 1905, cuando la luz incide sobre algunos metales puede producirse la absorción de los fotones incidentes que, al transmitir su energía a los electrones del metal, los  pueden hacer saltar produciéndose  una corriente eléctrica que puede ser detectada. De esta manera podemos detectar la luz (o los fotones incidentes) de una manera indirecta observando los fotoelectrones emitidos.

Glaubert aplica el formalismo matemático de la electrodinámica cuántica para describir el proceso de absorción de un fotón por un detector y sirve también para explicar la diferencia entre el comportamiento de las fuentes de luz no coherentes y aquellas, que como los láseres, son coherentes.

Sus trabajos tienen, sobre todo, un carácter de investigación básica y pusieron las bases para el futuro desarrollo de la Óptica Cuántica.

John L. Hall y Theodor W. Hänsch han sido galardonados por sus investigaciones y desarrollos en el campo de la espectroscopía de precisión basada en el láser. El progreso realizado en este campo ha abierto posibilidades hasta hace poco impensables para investigar constantes de la naturaleza, descubrir la diferencia entre materia y antimateria y medir el tiempo con precisión insuperable.

La medida de frecuencias con precisión muy alta requiere un láser que emita un gran número de frecuencias de luces coherentes. Si tales luces son empaquetadas juntas el resultado será pulsos extremadamente cortos. Un pulso de  5 fs (5.10-15 s) puede contener un millón de frecuencias diferentes. Como estos láseres contienen frecuencias muy próximas, pueden ser usados para espectroscopía de muy alta resolución. Esto fue lo que hizo Hänsch ya en la década de los setenta.

En 1999 se dió un gran salto cuando Hänsch propuso usar láseres de estas características para medir directamente la frecuencia de la luz emitida en cierta transición de los átomos de cesio y que fue usada en la definición del segundo.

La  conocida como optical frecuency comb techinique (técnica de peinado de frecuencia óptica) utiliza un conjunto de frecuencias muy próximas que pueden actuar como los dientes de un peine frente a una frecuencia desconocida que puede ser asociada a una de las frecuencias del medidor.

Hall y sus colaboradores resolvieron (durante el año 2000) un problema planteado con la determinación exacta del cero del espectro que podía tener un desplazamiento igual a f0 (ver figura). Multiplicaron por dos las frecuencias del espectro pudiendo calcular el desplazamiento a partir de la medida de la frecuencia del final del pulso.

Luz no coherente.

Las ondas son una mezcla de distintas longitudes, fase  y direcciones de propagación

Luz coherente.

Todas las ondas se propagan en una misma dirección, están en fase y  tienen la misma longitud de onda

Creación de pulsos de láser de duración del orden de 10-15 s (femtosegundos)

Un conjunto de frecuencias muy próximas pueden actuar como los dientes de un peine para determinar la frecuencia de la luz problema. Sin embargo, no se conoce exactamente la posición del cero que puede tener un desplazamiento igual a a f0

Solución dada por Hall y colaboradores al problema de la determinación del cero del espectro