José Pichel Andrés/DICYT El Centro de Láseres Pulsados Ultracortos Ultraintensos (CLPU) de Salamanca avanza a pasos agigantados. Sus científicos acaban de instalarse en el Edifico M3 del Parque Científico de la Universidad de Salamanca, aunque sólo será una sede provisional a la espera de que en pocos meses puedan estrenar justo al lado su sede definitiva y ya en 2014 comience a operar el láser de petavatio (mil billones de vatios), una infraestructura casi única en el mundo. Cuando se estrene, aún se podrán con los dedos de las manos el número de estas instalaciones de alta tecnología en todo el planeta.

Sin embargo, los investigadores no están de brazos cruzados esperando a que llegue ese momento, sino todo lo contrario: por primera vez España se pone a la cabeza del desarrollo de una alta tecnología y para poder aprovechar esta ventaja competitiva, los científicos ya están trabajando en líneas experimentales y teóricas que cobrarán un extraordinario impulso con el futuro láser.

La principal característica de este tipo de láseres es que pueden concentrar una altísima cantidad de energía en un espacio brevísimo de tiempo. Por eso se habla de pulsos de luz “ultracortos” y “ultraintensos”. Ricardo Torres, jefe del Área Científica del CLPU, explica que una de las ventajas de esta tecnología es estudiar la Física de attosegundos. “Los electrones, que determinan las propiedades de la materia y sus transformaciones, se mueven a unas velocidades increíblemente rápidas. Para estudiar su movimiento hacen falta cámaras, por así decirlo, con un tiempo de obturación muy corto, ya que de lo contrario la foto (la información que obtenemos) estaría borrosa. En este caso, la cámara es un pulso láser. Con los láseres de alta intensidad que tenemos actualmente se pueden generar pulsos que duran unos pocos attosegundos [un attosegundo es una millonésima de billonésima de segundo], lo que hace posible observar el mundo subatómico a cámara lenta. Con estos láseres estamos literalmente explorando un mundo totalmente nuevo y desconocido”, agrega.

En definitiva, “es como un flash que nos permite ver cómo suceden las cosas en un tiempo muy reducido”, comenta Camilo Ruiz, uno de los investigadores que trabajan en Física de attosegundos. De hecho, estos pequeños pulsos de luz son “el evento artificial más pequeño que existe en el mundo”.A pesar de que el láser de petavatio aún no está disponible, los científicos del CLPU que trabajan en este campo ya realizan experimentos. En la actualidad, cuentan con un láser de 20 teravatios (un teravatio es un billón de vatios) que ya es el más potente de España y en el mes de abril podrán contar con un láser de 200 teravatios, la quinta parte de la potencia que se instalará finalmente.

Propagación no lineal de la luz

Otra de las cuestiones que ya se investigan con la tecnología actual es la propagación no lineal de la luz. Generalmente, la propagación de la luz depende de las propiedades del material por el que pasa, como el aire o el agua. Sin embargo, “a las altas intensidades que generan nuestros láseres, la luz modifica las propiedades ópticas del material a la vez que se propaga por él”, señala Ricardo Torres. Es lo que se conoce como “propagación no lineal”, que tiene enormes posibilidades de aplicación.

La más llamativa está orientada a las comunicaciones ópticas, es decir, a la transmisión de la información a través de la luz. “Es el futuro de las comunicaciones”, afirma David Novoa, científico del CLPU que estudia cuestiones más teóricas. “La electrónica está llegando a su cénit en cuanto a velocidad de proceso, así que el futuro pasa por la integración de circuitos mixtos entre electrónica y óptica o por circuitos totalmente ópticos, en los que la información viaje codificada en los fotones [las partículas de luz] y no llevada por los electrones", agrega. Aunque este tipo de tecnología ya es una realidad sin la intervención de potentes láseres, "la utilización de pulsos de luz podría transmitir la información sin repetidores porque no sufrirían cambios a medida que se propagan”.

Aceleración de partículas

En otros campos del conocimiento ocurre algo parecido, aunque ya se están desarrollando, la tecnología del láser de petavatio puede darles un gran impulso, por ejemplo, la aceleración de partículas como los electrones, los protones y los iones, un terreno en el que los expertos ponen muchas esperanzas, ya que tiene un gran rango de aplicaciones. Algunas de las más destacadas están relacionadas con la Biomedicina.

“Con los láseres podemos acelerar protones que se podrían usar en un futuro cercano para un nuevo tipo de radioterapia que cure, por ejemplo, los tumores del cerebro. En la radioterapia normal, la radiación lo destruye todo, pero con esta innovación podríamos incidir sólo en la zona del tumor”, apunta Camilo Ruiz. De hecho, esta terapia con protones ya está establecida, pero los láseres intensos pueden ayudar a comprender mejor el proceso para que evolucione la tecnología necesaria de cara a optimizar las terapias.

Más futuro en el láser que en el LHC

Por otra parte, existe un campo del conocimiento en el que, por el momento, sólo se trabaja de forma teórica hasta que el láser llegue a su máxima intensidad: la Física de vacío. En este aspecto se llega a las actuales fronteras del conocimiento, porque aún nadie ha realizado experimentos. La idea es que concentrar una energía extrema en el vacío podría llegar a producir partículas donde no las hay, lo que supondría “transmutar energía en materia”, explica David Novoa. Estos experimentos serían trascendentales para la Física, porque si se crean nuevas partículas mediante este procedimiento, se confirmarían las teorías actuales, pero comprobar que no ocurre esto supondría replantearse muchos de los fundamentos de estas ciencia y, por lo tanto, también supondría un gran avance.

Es algo muy parecido a lo que está ocurriendo en el LHC o Gran Colisionador de Hadrones del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN), cuyos científicos buscan el bosón de Higgs para certificar o refutar ciertas teorías. Sin embargo, en esta búsqueda de nuevas partículas, los expertos parece que le ven más futuro al desarrollo de grandes láseres. “Muchas partículas probablemente no podrían observarse en el LHC, pero sí en láseres de alta potencia que seguirán evolucionando en los próximos años, mientras que es probable que nunca llegue a construirse un acelerador mayor que el del CERN”, comenta David Novoa.

Otras cuestiones como el procesado de micro y nanomateriales o las medidas de radioprotección en este tipo de instalaciones serán también objeto de estudio. El futuro está abierto a muchas más posibilidades, pero Salamanca ya ha tomado la delantera en la tecnología de los láseres.

 FOTO: Cristal amplificador de Titanio-Zafiro del láser de pulsos de femtosegundos. Se aprecia el sistema de refrigeración y el haz láser incidiendo en el cristal. Foto: Javier Rodríguez Vázquez de Aldana.

El gran proyecto europeo ELI en el horizonte

El Centro de Láseres Pulsados Ultracortos Ultraintensos es una de las Instalaciones Científico Técnicas Singulares diseñadas por el Gobierno de España, grandes proyectos llamados a realizar “ciencia de frontera” por parte de prestigiosos investigadores. Sin embargo, también será un centro abierto a las peticiones de usuarios que necesiten desarrollar en él sus experimentos o su tecnología, especialmente cuando esté listo el láser de petavatio, pero también en la actualidad, cuando se cuenta con una potencia inferior, pero que irá escalando hasta alcanzar la de los láseres más potentes del mundo.   Entre las empresas que se han interesado por la opción de investigar en el CLPU está la salmantina Proton Laser Applications, que piensa en las posibilidades de los láseres como aceleradores de protones en el ámbito biomédico. Otra compañía está interesada en buscar fórmulas para disminuir el CO2 en la atmósfera gracias a los láseres, que podrían romper esta molécula contaminante. Además, un tercer proyecto que ha fructificado en un acuerdo empresarial apuesta por generar un láser de femtosegundo hecho en España gracias a la tecnología que se pueda desarrollar en el CLPU.   Todas estas ideas comienzan a materializarse ahora. El Edificio M3 del Parque Científico de la Universidad de Salamanca ya alberga tres laboratorios de experimentación, pero esto sólo acaba de empezar.De hecho, puede que el propio láser de petavatio, que se ubicará en el Edificio M5, sólo sea un paso hacia una instalación mucho mayor. Al menos ese es el deseo de los científicos del CLPU, que están promoviendo la candidatura de España para albergar la cuerta pata del gran proyecto europeo ELI (Extreme Light Infraestructure). Supondría la construcción del mayor láser del mundo, que completaría los proyectos que ya se desarrollan en Hungría, Rumanía y República Checa y tendría una potencia de 100 petavatios. Un sueño que llenaría de luz la ciencia española.

Nombres y datos

| PROYECTO | El CLPU es una Infraestructura Científica y Tecnológica Singular (ICTS) del Ministerio de Economía y Competitividad (antes, Ministerio de Ciencia e Innovación), la Junta de Castilla y León y la Universidad de Salamanca. La administración central y la regional aportan hasta 2021 casi todo el presupuesto, que asciende a 42 millones de euros.   | HITOS | 2012: Traslado provisional al Edificio M3 del Parque Científico de la Universidad de Salamanca. 2013: Traslado al Edificio M5 del CLPU. 2014: Comienza a funcionar el láser de petavatio.   | LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN | Ciencia de attosegundos. Propagación no lineal. Aceleración de partículas. Procesado de materiales. Radioprotección.   | CONEXIONES MUNDIALES | El CLPU forma parte de varias redes internacionales: LaserLab Europe, ELI (Extreme Light Infraestructure) y ICUIL (The International Committee on Ultr-High Intensity Lasers).   | RESPONSABLES | Director: Luis Roso.Gerente: Pedro García.   | TÉRMINOS CLAVE | Láser: del inglés light amplification by stimulated emission of radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. Femtosegundo: milésima de billonésima de segundo. Attosegundo: milésima de femtosegundo o millonésima de billonésima de segundo. Teravatio (TW): un billón de vatios. Petavatio (PW): 1.000 teravatios.