Biografía de un rayo misterioso

Una luz intensa. Si bien los puede haber de diferentes colores, clases –invisibles al ojo humano, de pulsos muy cortos– y fuentes –líquida, sólida, gaseosa–, un haz de luz muy brillante, definido y monocromático puede volver reconocible a un láser. La palabra surge del acrónimo en inglés de “amplificación de luz mediante emisión inducida de radiación”.

Es, básicamente, un dispositivo que amplifica de manera extraordinaria la luz. La lista de dispositivos, técnicas y posibilidades que abrió el desarrollo de diversos tipos de láser puede volverse interminable y con un espectro tan amplio que va desde un puntero láser hasta una impresora, desde la posibilidad de hacer cirugías de alta precisión hasta de intentar medir ondas gravitacionales (distorsiones en la curva tiempo-espacio).

Albert Einstein propuso la idea de la emisión estimulada en 1917 pero fue recién en 1958 cuando los investigadores de los Bell Labs Charles Townes y Arthur Schawlow presentaron un pedido de patente a partir de un paper que publicaron en el journal Physical Review, en el que mencionaban la posibilidad de extender los principios del máster a las regiones visibles del espectro.

El maser (siglas en inglés de amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación) no emite luz visible y se lo ha usado en los relojes atómicos, dada la extrema regularidad con que el gas de hidrógeno emite pulsos de microondas. La principal diferencia con respecto al láser es que este último genera energía en el espectro ultravioleta, o de luz visible.

Townes y Schawlow se hicieron con la patente en 1960 a partir de su postulado teórico sobre la posibilidad de construcción de un maser “visible” o láser. Pero, ese mismo año, un físico de los laboratorios de Hughes Aircraft –propiedad del magnate Howard Hughes–, Theodore Maiman, construía lo que se considera el primero de los láseres actuales. Si bien Maiman recurrió a un rubí estimulado por una lámpara de flash, el primer láser capaz de generar una luz continua fue uno de gas de helio-neón, también desarrollado en Bell Labs durante ese mismo año.

Varias décadas después Townes ganaría el Premio Nobel –también lo conseguiría su cuñado Schawlow– y escribiría su versión de la historia en How the Laser Happened: Adventures of a Scientist (“Cómo sucedió el láser: aventuras de un científico”, Oxford University Press). El libro comienza con el relato del momento en que los astronautas Neil Armstrong y Edwin Aldrin, tras el alunizaje del 21 de julio de 1969, colocaban una serie de espejos donde se reflejaría un rayo láser enviado desde un telescopio y que permitiría obtener por primera vez con precisión la distancia entre la Tierra y su satélite. Townes destaca en su libro el rol que tuvieron en el desarrollo del láser las interacciones entre los científicos y el gobierno, principalmente con los programas militares que financiaron buena parte de la investigación.

Maiman también escribiría su mirada en The laser Oddysey (“La odisea del láser”, Laser Press). Pese a ser el primero en fabricar un dispositivo láser, Maiman no resultó acreedor del Premio Nobel. Aunque todavía menos grato fue lo que le sucedió a Gordon Gould, un físico que realizaba su doctorado en la Universidad de Columbia y que era alumno de Townes, que logró que se le reconocieran derechos sobre el láser recién tras 30 años de disputas con la oficina de patentes estadounidense.

La literatura de ciencia ficción se anticipó y alimentó la idea de rayos con diversas propiedades. Desde H. G. Wells con La guerra de los mundos y sus rayos calóricos hasta las historietas donde el arma mortal era típicamente un rayo desintegrador. “Hubo todo un imaginario anterior al láser que viene de principios del siglo veinte, más que nada vinculado con la revolución que generó la electricidad, con las exhibiciones de Thomas Alva Edison y especialmente de Nikola Tesla, en las que lanzaba rayos a través de sus dedos. En el imaginario se volvieron personajes un poco sobrenaturales, que controlaban las cosas a distancia. También circuló la leyenda de que Mussolini le había encargado a Guglielmo Marconi un rayo que paraba los motores de los aviones”, apunta Pablo Capanna, escritor y especialista en literatura ciencia ficción. “De Buck Rogers (1928) para adelante, el rayo desintegrador tiene mucha presencia. Es un rayo que hace todo polvo, lo que vuelve menos cruenta la guerra ya que no deja prácticamente nada, ni siquiera sangre. En las historietas y en las novelas de ciencia ficción también estaba el rayo tractor, que podía capturar un objeto y manipularlo. Y cuando el láser se vuelve conocido, inmediatamente pasa a ser asimilado por algunos escritores como un elemento más”, agrega Capanna.

También fue excusa para que el escritor de ciencia ficción Philip K. Dick parodiase la carrera armamentista que se iniciaba con la Guerra Fría en The zap gun (La pistola de rayos, Gigamesh), que relata la búsqueda de una nueva arma por parte de los estadounidenses y los rusos para enfrentar a una invasión alienígena.

El salto del láser al cine y la televisión no tardó en llegar. Se volvió un fetiche de la saga de “James Bond” y un arma fundamental en Star Trek (Viaje a las estrellas) y Star Wars (La guerra de las Galaxias), entre muchas otras. En estas ficciones la idea del rayo láser no cambió demasiado con respecto a su antecesor “rayo mortal”, pese a que todavía hoy no es utilizado como esos fines, sobre todo debido a una serie de barreras técnicas.

Claro que los láser no se comportan en el cine de la misma manera en que lo harían en la vida real. Los más puntillosos advierten que en el espacio el láser no debería poder ser visto debido a la baja densidad de partículas y que tampoco podría realizar un recorrido visible al ojo humano, ya que no puede “viajar” a menor velocidad que la de la luz. De hecho, el físico estadounidense Lawrence Krauss se tomó el trabajo de revisar algunas de estas cosas en The Physics of Star Trek (La física de Viaje a las Estrellas, Arizona State University).

Sin embargo, en Hollywood se tomaron en serio los derechos sobre su rol en la popularización de los lásers. En Star Wars, los famosos sables de luz de los Jedi no son láser, con la salvedad de que los primeros borradores de la saga cósmica, escritos en 1973, sí hablaban de ellos como armas láser. Y parece que su creador, George Lucas, recordó eso cuando recientemente su compañía Lucasfilm le advirtió a la compañía de Hong Kong Wicked Lásers que desistiera de seguir vendiendo su modelo Pro Artic Laser –un láser de mano que cuesta 200 dólares y cuya venta está siendo cuestionada porque su potencia puede dañar la visión y la piel– por ser demasiado parecido a los sables de luz de Star Wars.

Si bien el láser también llegó a la interpretación musical, los ejemplos son más bien exóticos, como el del músico francés Jean Michel Jarre, que fue uno de los primeros en utilizar el arpa láser, en la que las cuerdas son sustituidas por rayos láser.

Siempre se habló del láser como de una solución en busca de un problema. Y los problemas se fueron sucediendo sin pausa en estos cincuenta años.

“Había muy poca idea de para qué se lo podía utilizar y el impacto que tiene hoy nadie se lo imaginaba”, dice Jorge Rocca, un físico argentino nacido en la ciudad de Rafaela que es investigador y profesor de la Universidad de Colorado, Estados Unidos, adonde viajó en 1979 para realizar un doctorado.

“Un colega químico de acá me contaba el otro día que cuando estaba estudiando en los años 60 su profesor compró un láser, pero nadie sabía para qué usarlo. La gente ponía papel delante y lo quemaba. Hasta que a alguien se le ocurrió que podía estudiarse ese fenómeno”, recuerda Rocca, que actualmente tiene a su cargo el Centro de Investigación en Ingeniería para Ultravioleta Extremo de la National Science Foundation, el principal organismo público de ciencia y tecnología de Estados Unidos.

A los láseres con los que trabaja Rocca se los llama de ultravioleta (UV) extremo o de rayos X, dado que la longitud de onda en que son emitidos está fuera del espectro visible para el ojo humano. “Entre otras, tiene aplicaciones en nanotecnología, en el diseño de nuevos microscopios de altísima resolución y en la posibilidad de estudiar la estructura de moléculas”, explica Rocca, que tiene registradas más de diez patentes relacionadas con estas tecnologías.

Gabriel Bilmes, físico y profesor de la Universidad de La Plata, es también investigador del Centro de Investigaciones Opticas (CIOP) de esa institución. Desde allí se organizó en agosto pasado una muestra fotográfica y charlas de divulgación para recordar las cinco décadas del primer láser, en simultáneo con festejos organizados durante este año en diversas universidades e instituciones de todo el mundo.

“Es algo misterioso en el imaginario de la gente porque se trata de algo todavía nuevo y siguen apareciendo aplicaciones que sorprenden. Yo escribí un libro sobre el láser en 1993 (Láser , Editorial Colihue) y cuando iba a dar charlas la mayor parte de la gente lo veía como algo extraño. Hoy sigue generando curiosidad. Creo que gran parte del atractivo tiene que ver con la fascinación de la luz, que es direccional e intensa. ¡Es la luz en acción!”, enfatiza el investigador. Rocca lo ve de manera similar: “Los rayos de alta energía son algo inusual en el mundo que nos rodea. El láser se genera en una situación de no equilibrio, por lo tanto es algo anti-intuitivo. Además del hecho de que los láseres son muchas veces más brillantes que el sol”.

Esa extrañeza que todavía produce contrasta con la forma en que se extendió en la vida cotidiana. Si se intenta una mirada de algunas décadas atrás, muchas de las cosas que hoy se hacen con el láser podían ser catalogadas como de ciencia ficción, como el hecho de comunicarse a través del océano por pulsos de luz láser en fibra óptica.

Si bien muchos consideran que su final se acerca a partir de los formatos digitales de compresión y la descarga de música a través de la Web, el disco compacto (CD) fue concebido en el laboratorio gracias al láser, a principios de los años ochenta. El sistema, que se basa en un láser de baja potencia que lee los datos codificados en un disco óptico con una cara reflectante –que posteriormente son transformados en una señal analógica– permitió desarrollar un soporte de alta calidad para el sonido y, posteriormente, los soportes de video como el DVD y el Blu-ray.

Más allá de sus aplicaciones más y menos visibles, el negocio mundial del láser hoy se concentra en buena parte sobre aquellos vendidos a la industria manufacturera para su uso en el procesamiento de materiales y en los que se utilizan para sistemas de comunicación y almacenamiento de datos.

En la Argentina los investigadores que se dedican a la fotónica son alrededor de doscientos. “Estamos distribuidos en una veintena de laboratorios. No hay formación de grado para esto: te recibís de físico o de ingeniero y recién después te especializás”, dice Bilmes.

Una de las aplicaciones que no maduró a la misma velocidad que otras fue la armamentística. Sin embargo, el gobierno estadounidense hizo públicas las pruebas que está llevando a cabo para montar equipos de rayo láser en aviones para el año 2012, con la capacidad suficiente como para destruir a otro avión o a un misil en vuelo.

Las posibilidades que puede generar la investigación en láser podría desarrollar avances relevantes en la electrónica a partir de la impresión de circuitos y de futuros láseres integrados a los chips de silicio. También presentan un gran potencial en el despliegue de las proteínas, lo que podría significar progresos en las investigaciones para el tratamiento de distintos tipos de cáncer. Y una de las grandes promesas es la posibilidad de generar fusión nuclear por medio del láser. “Es algo que se empezó a investigar no muchos años después de la creación del láser, pero recién ahora se podría llegar a demostrar en un laboratorio”, dice Rocca. Según el investigador de la Universidad de Colorado “todavía falta que los rayos láseres aumenten en intensidad más de un millón de veces. Tal vez llegue un momento en que la luz se podrá enfocar para crear materia del vacío. Eso implicaría un sueño de los físicos: poder crear materia”.