El láser permitirá hacer mediciones ultrarrápidas y desarrollar investigaciones en óptica, espectroscopía y metrología con estándares internacionales.
El tiempo que tarda entrar el oxígeno en los glóbulos rojos se mide en femtosegundos (1×10-15 segundos), de la misma manera que el tiempo que tardan nuestros ojos en reaccionar ante la luz y la transferencia de los nutrientes en las plantas durante la fotosíntesis. En ese tiempo tan diminuto, que no alcanzamos a dimensionar en nuestro día a día, también se mueven los pulsos de luz emitidos por un láser de cristal de zafiro y titanio.
Esta es una herramienta que se usa en el mundo en campos como la óptica cuántica, para generar experimentos como el entrelazamiento de fotones por polarización, un fenómeno en el que dos o más fotones comparten un destino común: el estado de uno afecta instantáneamente al del otro, sin importar la distancia que los separe. Una tecnología que hoy es común en el mundo, pero que en Colombia hasta ahora era extraña.
Con el objetivo de actualizar al país en mecánica cuántica, de poner al servicio de los científicos y estudiantes tecnología de punta, además de impulsar en Colombia investigaciones de la segunda revolución cuántica –un inicio que ha sido bastante postergado, desafortunadamente–, desde la Universidad Nacional adquirieron recientemente este láser, como parte de un proyecto que busca hacer de esta institución, junto a otros aliados, en un centro de investigación líder en el país y competitivo en la región.
Así lo explica el profesor Herbert Vinck Posada, profesor titular del departamento de Física de la Unal, quien señala que, como parte de este proyecto financiado con dineros de regalías, se creó el Laboratorio de Metrología Cuántica, en donde estudiantes y docentes ya tienen acceso a este láser –de fabricación alemana–, para realizar experimentos enfocados a generar mediciones cada vez más precisas, porque en el mundo de lo cuántico poder medir con precisión propiedades físicas como la longitud, la temperatura y el tiempo, son clave para campos que van desde la industria, la medicina, hasta la física fundamental.
En la oscuridad, en un laboratorio en el primer piso del edificio de Física de la Unal, e iluminados con la luz tenue de color azulado del haz del láser, investigadores de esta institución trabajan con esta herramienta en campos como la óptica no líneal, la espectroscopía y la óptica cuántica en ejercicios que van desde poner a prueba la ciencia básica, hasta aplicaciones en la industria.
Una oportunidad para el país
El profesor Hernando García, de la Universidad del Sur de Illinois, observa con entusiasmo la llegada de este tipo de equipos a Colombia, en su visita por la Universidad Nacional. Para él, se trata de una oportunidad que puede marcar un antes y un después en la investigación científica nacional. “Este láser tiene una propiedad muy interesante —explica—. El cristal que produce la ganancia, es decir, el que emite la luz, está hecho de zafiro con impurezas de titanio. Esa combinación le permite generar una ganancia que va desde los 390 nanómetros, en la región visible, hasta los 1.040 nanómetros, en el infrarrojo. Eso significa que puede cubrir un rango muy amplio del espectro electromagnético”.
Según García, esta capacidad de sintonización —de un nanómetro por cada ajuste— le da al láser una versatilidad única: “en realidad, no estamos hablando de un solo láser, sino de unos 400, porque tiene un ancho de banda que permite trabajar con distintos colores o longitudes de onda”. Esta flexibilidad, añade, es esencial para experimentar con materiales, realizar mediciones precisas y desarrollar tecnologías ópticas avanzadas.
Pero lo que hace realmente especial a este láser es su capacidad para generar pulsos ultracortos. “Son pulsos que duran del orden de 170 femtosegundos —es decir, 170 cuatrillonésimas de segundo—, un tiempo muy corto, pero que es relevante para estudiar sistemas biológicos, semiconductores o procesos químicos rápidos”, dice el profesor. “Y esos pulsos se generan a una frecuencia de 80 megahercios (MHz), o sea, uno cada nueve nanosegundos. Es como si lanzaras un destello diminuto y tuvieras que esperar casi 10.000 días para ver el siguiente, en una escala equivalente”.
Esa velocidad y precisión, asegura García, hacen del láser una herramienta indispensable para la ciencia moderna. “La potencia promedio es de unos 3,9 vatios, pero la potencia pico alcanza los 13.000 vatios. Es una cantidad de energía enorme, concentrada en un tiempo brevísimo. Y esa energía puede aprovecharse en campos muy diversos: en medicina, por ejemplo, para cirugías o tratamientos con luz; en la industria, para cortes de alta precisión o para la fabricación de microcomponentes; y, por supuesto, en la investigación básica, como la que se está haciendo aquí en la Universidad Nacional”.
En este sentido, García destaca que el trabajo que se adelanta en el Laboratorio de Metrología Cuántica de la Unal no solo fortalece la ciencia fundamental, sino que también abre la puerta a desarrollos tecnológicos aplicados. “Una de las áreas más prometedoras es la óptica no lineal —explica—, donde se estudia cómo la luz interactúa con la materia en intensidades tan altas que cambian sus propiedades. También está la espectroscopía ultrarrápida, que permite analizar tiempos de respuesta en semiconductores, algo esencial para las industrias de las telecomunicaciones y la informática”.
El profesor subraya que este tipo de herramientas también son claves para avanzar en campos como la óptica cuántica. “Aquí en la universidad están generando estados entrelazados de fotones, que son como un misterio en la mecánica cuántica. Eso permite desarrollar nuevos métodos de senseo y metrología cuántica, bases de tecnologías emergentes como la computación cuántica o las comunicaciones seguras”. Por eso, García considera que este proyecto representa “un quantum jump para Colombia”. “La idea de la Universidad Nacional es crear un centro de fotónica en el país, donde investigadores de distintas regiones puedan venir a trabajar, y que al mismo tiempo permita que Colombia compita con países como Brasil, Argentina y México en estas áreas. Es un paso enorme, porque contar con este tipo de infraestructura es entrar de lleno en la segunda revolución cuántica”.
Un gran proyecto
El profesor Herbert Vinck Posada, titular del Departamento de Física de la Universidad Nacional de Colombia, explica que la llegada de este láser es solo una parte de un proyecto mucho más amplio y estratégico. “Este es un proyecto liderado por la Universidad Nacional, presentado al Sistema General de Regalías, que busca ampliar el uso de la mecánica cuántica en aspectos muy relevantes para el país —afirma—. Entre ellos, la metrología cuántica, que es la ciencia de la medición precisa, de medir bien, algo fundamental para la competitividad y el desarrollo tecnológico del país”.
Según Vinck, la iniciativa surgió de la necesidad de actualizar tecnológicamente a Colombia en un campo que, en otras regiones, ya es motor de innovación industrial y científica. “Lo que buscamos —explica— es dotar al país con dispositivos basados en principios cuánticos, que permitan modernizar los sistemas de medición y abrir la puerta a aplicaciones prácticas. Este proyecto es un primer impulso hacia la actualización del país en tecnologías cuánticas”.
Pero el láser no es el único protagonista del Laboratorio de Metrología Cuántica de la Unal. Dentro del mismo proyecto se incluyen otros desarrollos clave. “Estamos construyendo un equipo Raman, basado en el efecto del mismo nombre, que permite estudiar las propiedades constitutivas de los materiales —detalla—. Este equipo tendrá un papel importante tanto en el análisis de materiales cuánticos como en el estudio de la potabilidad del agua, a través del análisis Raman en líquidos”.
Además, el laboratorio trabaja en la consecución de un microscopio confocal de dos fotones, una herramienta con amplios usos clínicos y biológicos. “Este microscopio abre un espacio muy interesante para la investigación en sistemas biológicos y medicina —agrega—, y nos permite fortalecer la capacidad instalada del país en ciencia experimenta
Uno de los elementos más avanzados del proyecto será la incorporación de un peine de frecuencias ópticas, que llegará al Instituto Nacional de Metrología. “Un peine de frecuencias es como una regla óptica —explica Vinck—. Sirve para medir longitudes, tiempos y frecuencias con una precisión extraordinaria. Este equipo va a contribuir a la generación del patrón primario del metro en Colombia, y permitirá calibrar láseres de frecuencias desconocidas, entre muchas otras aplicaciones”.
El proyecto, financiado con recursos de regalías provenientes de diez departamentos del país, busca además descentralizar la ciencia y garantizar que los beneficios lleguen a las regiones. “Es fundamental que esta inversión no se quede solo en Bogotá —subraya Vinck—. Queremos que haya retorno a las regiones, que los investigadores y las universidades regionales participen y que Colombia, como un todo, avance en el campo de las tecnologías cuánticas. Por eso, también estamos creando una Red Colombiana en Tecnologías Cuánticas, que articulará a los diferentes actores del país en torno a este esfuerzo”.
Para los estudiantes, esta infraestructura marca un antes y un después en su formación científica. Así lo explica Camila Riveros-Mesa, estudiante del doctorado en Ciencias Físicas de la Universidad Nacional: “Como estudiante, es muy importante tener acceso directo a los procesos experimentales. Antes, teníamos que salir del país para hacer mediciones; ahora podemos hacerlo aquí. Eso ahorra tiempo, recursos y nos da autonomía. Sabemos cómo se instala el equipo, cómo funciona y cómo solucionarlo si algo pasa. No dependemos de terceros. Es un plus enorme”.
Tomado de El Tiempo: https://www.eltiempo.com/vida/ciencia/un-salto-cuantico-colombia-la-universidad-nacional-inaugura-laboratorio-con-un-laser-de-zafiro-y-titanio-unico-en-el-pais-3498064
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