El láser sigue retando a la ciencia

El catedrático de la Universidad de Murcia Alberto Requena./
El catedrático de la Universidad de Murcia Alberto Requena.

Desde principios del siglo XX se trabaja con este avance y sus propiedades, pero las posibilidades que ofrece son tan numerosas que todavía hoy en día esconde secretos

MARÍA JOSÉ MORENO

La ciencia ficción se ha encargado de atribuir al láser algunas connotaciones negativas. Sobre todo, es habitual imaginarlo como arma, a modo de espada o de pistola, e incluso emergiendo de los ojos de cualquier villano o superhéroe. Tampoco ayuda a mejorar su reputación el hecho de que haya quien emplee un pequeño puntero, de fácil adquisición, para atacar la visión de cualquiera que se ponga por delante.

Lo cierto es que su potencial se acerca más al de las ventajas que las desventajas. Sin el láser no se podría grabar música en un CD, la depilación definitiva seguiría siendo el sueño de muchos y las gafas continuarían en el rostro de todos los que hoy se han librado de ellas gracias a la cirugía ocular que emplea esta luz.

Y es que el láser es luz. Láser es un acrónimo anglosajón de 'Light Amplified by Stimulated Emissión of Radiation', es decir, 'Luz Amplificada por Emisión Estimulada de Radiación'. Por tanto, se trata de una luz genérica, porque es posible tenerla en todas las longitudes de onda, no solo en el rango visible del espectro.

Se trata de una radiación especial, por cuanto se produce mediante emisión estimulada y no mediante emisión espontánea, como los dispositivos de iluminación convencionales. La emisión estimulada la estudió Einstein en la primera década del siglo pasado y el primer dispositivo láser es de la década de los sesenta. La teoría fue muy por delante de la práctica, como ocurre con los descubrimientos de interés.

El láser cuenta con cuatro propiedades características: monocromaticidad, direccionalidad, brillo y coherencia. La primera indica que solo está compuesta por una banda de frecuencia muy estrecha, no llega a ser única, pero casi, por tanto muy pura; permite analizar procesos muy selectivamente; se propaga en línea recta y los fotones no interfieren unos con otros y eso le permite llegar a la Luna, reflejarse en un espejo y volver y cantidad de aplicaciones que de ello se derivan; el brillo es la intensidad y se logra concentrando muchos fotones, a placer, incluso hasta alcanzar intensidades similares a las del sol; y, finalmente, coherencia, ya que todos los fotones son iguales, están en fase, como se dice técnicamente, no interfieren y se destruyen entre ellos, mientras una luz convencional solamente alcanza unos metros, la de un láser se propaga cientos, miles o millones de ellos, incluso más.

Algunas de esas propiedades son inherentes al proceso de la emisión estimulada y otras al dispositivo que se construye, y algunas a ambos. El resultado es una radiación (o luz) muy especial, que permite realizar cosas inalcanzables con una radiación convencional. Según el medio en el que se propaga, existen láseres de gas, líquido o sólido. Ese medio determina la longitud de onda o frecuencia a la que se produce el láser.

Actualmente, hay una gran cantidad de ellos, con potencias desde milésimas de watio hasta varios julios, de onda continua y por pulsos. Hoy es posible disponer de casi cualquier frecuencia, para cualquier proceso que se nos ocurra.

El láser es una herramienta interdisciplinar y muy útil en muchos campos. Según Alberto Requena, catedrático de Química Física de la Universidad de Murcia, «el láser hoy viene a representar lo que el ordenador a partir de la década de los cuarenta del siglo pasado. El láser es casi coetáneo de él como dispositivo. Se trata de una herramienta de propósito general, como aquel. No hay prácticamente ningún área donde no aporte algo. Desde la energía del mismo (se aplica en tareas de corte de chapas de grosor notable), hasta marcaje y grabado, soldadura, microprocesado, tratamiento de superficies; desde su direccionalidad, se usa como medidor preciso de distancias, etc.».

En Química, en especial, un área que estudia la composición de la materia, «supone la posibilidad de provocar reacciones con fotones concretos, excitar moléculas a estados en los que cambia su reactividad o utilizar fármacos que selectivamente se enlazan a moléculas, por ejemplo cancerosas, y desde fuera se provoca una reacción, por ejemplo, generando oxígeno activo que las destruye, lo que se denomina terapia fotodinámica». «En suma -añade Requena- permite provocar selectivamente reacciones químicas, que de otro modo no tienen lugar».

Contaminación del aire

El estudio de la contaminación atmosférica también encuentra en el láser un gran aliado. Lanzando fotones a la atmósfera y detectando su retorno, dado que se conoce la velocidad a la que se propagan, se determina el tiempo transcurrido desde que se lanza hasta que vuelve, se sabe dónde ha colisionado y se puede detectar la presencia de un aerosol (partículas suspendidas en un gas) mediante la técnica LIDAR ('Light Detection and Ranging' o detección de luz y medida de distancia).

Dice Requena que «haciendo uso de una variante, como es el Lidar-Raman, podemos identificar de que compuesto se trata. En la Universidad de Murcia disponemos de una estación LIDAR, que opera entre 220 nanómetros y 2.400 nanómetros hasta la estratosfera, y establece el perfil tanto longitudinal como transversal de contaminantes. Es una técnica que permite teledetectar la presencia de contaminantes (moléculas) a gran distancia».

Precisamente ahora, el grupo 'Láseres, espectroscopia molecular y química cuántica', que dirige en el departamento de Química Física de la UMU, estudia la presencia de aerosoles en la atmósfera; pero también la detección de propiedades internas en frutas, para su clasificación industrial no solamente por el color o tamaño; o procesos de higienización de alimentos sin alterar el contenido y mediante tratamiento exhaustivo y no muestral; o determinación del tamaño y evolución del mismo en moléculas como las proteínas y su incidencia en enfermedades como el alzhéimer. Cuentan con financiación nacional y ya han obtenido resultados con aplicación industrial.

Desde el curso 69/70, Alberto Requena se dedica a la Mecánica Cuántica y sus implicaciones moleculares. «Son las moléculas lo que me interesa y son estas las que están en la base de todos los procesos. Desde su formación hasta su ruptura tienen interés. El láser es la fuente de radiación capaz de asistir en todo ello. De hecho, es el dispositivo más cuántico que hay».

El reto: las frecuencias

Desde aquellos comienzos hasta hoy, este campo científico ha evolucionado bastante. Apunta el catedrático que «el láser apareció como dispositivo en la década de los sesenta, pese a que el proceso en el que se basa procede de principios del siglo XX. La frase más manida en el momento de emerger era que 'disponíamos de un dispositivo a la caza de un problema'. Había que encontrarle aplicaciones. Hoy no hay prácticamente aplicación que no requiera un láser en alguna de sus fases. Esto indica cómo han cambiado los tiempos desde aquellos láseres de rubí, pasando por los de helio neón, hasta los sofisticados de estado sólido de Nd-YAG o cualquiera de los basados en semiconductores, actuales».

No obstante, todavía quedan retos por alcanzar de la mano del láser. Señala Requena que «son sus propiedades las que justifican sus aplicaciones. No obstante es la monocromaticidad la que lo hace más plástico y aplicable en todos los campos».

Al trabajar con moléculas, cada una de ellas tiene unas frecuencias características entre sus estados electrónicos, vibracionales o rotacionales. Cada uno de estos estados absorbe una frecuencia característica que no se altera salvo que cambiemos de sustancia. «Es por ello que es tan selectivo y permite abordar cualquier proceso de cualquier molécula. Solamente tenemos que producir esa frecuencia mediante emisión estimulada de radiación. Ese es el reto actual: acceder a cualquier frecuencia, muy monocromática y de forma económica».