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El mundo era muy diferente en 1960. A pesar de la paz conseguida tras la Segunda Guerra Mundial, la Guerra Fría cubría el futuro de la humanidad de un sentimiento sombrío. Un futuro que por otro lado parecía prometedor, impulsado por la carrera espacial y la conquista del espacio, la irrupción de la televisión en los hogares de medio mundo y la oleada de cambios sociales que se estaban fraguando en aquel momento. La humanidad vivía una de las épocas de mayor crecimiento económico y demográfico. El baby boom trajo consigo una generación que cuestionaría el status quo y reinventaría nuestra forma de vivir en sociedad. En medio de aquél mundo frenético y complejo nació el láser, una tecnología que revolucionaría nuestra civilización a veces de forma silenciosa.
El láser tiene muchos usos, desde la medicina hasta la astronomía.
¿Cómo funciona un láser?
Pero los fundamentos del láser se remontan a mucho antes de 1960. A principios del siglo XX nos dimos cuenta de que el mundo subatómico estaba cuantizado. Las partículas y los átomos no podían tener cualquier cantidad de energía, sino que esta aumentaba o disminuía en pasos de tamaño concreto. Esto significaba que la luz debía estar compuesta de “paquetitos de energía” o que los electrones no podrían ocupar cualquier órbita alrededor del núcleo atómico. Como consecuencia de esto, cuando un electrón caía desde un orbital con mayor energía a otro de menor energía, emitía un cuanto de luz, uno de estos paquetitos, con exactamente la diferencia de energías entre ambos orbitales. Esta emisión espontánea de energía ocurre de forma desordenada y aleatoria. Empezando en 1916, Albert Einstein se dio cuenta de que podría estimularse esta emisión irradiando un átomo con luz de energía similar a la diferencia entre dos orbitales. Esta emisión estimulada se convirtió, tras varias décadas, en el fundamento teórico detrás del láser. El propio nombre surge como acrónimo de “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, que significa “amplificación de luz mediante la emisión estimulada (o inducida) de radiación”.
Si conseguimos que un cierto medio material, como un gas o un cristal, contenga suficientes átomos en un estado excitado, en el que el electrón se encuentra en un orbital de mayor energía, podemos emitir fotones que estimulen la emisión de más fotones que a su vez podrán estimular más emisión. Esta reacción en cadena nos permite conseguir una gran cantidad de fotones con las misma energía y emitidos al unísono. Esto da a la luz emitida por un láser una de sus propiedades más importantes: la coherencia. Esta puede ser tanto espacial como temporal. La coherencia espacial tiene como resultado un haz de luz muy estrecho, con una divergencia muy pequeña, que permite concentrar toda la energía del láser en un área muy pequeña. La coherencia temporal implica que este haz estará formado por luz de una sola frecuencia. A diferencia de la luz del Sol o de una bombilla incandescente, que son un amalgama de diferentes frecuencias, el láser tiene un única (o casi) frecuencia y por eso lo vemos de un determinado color, comúnmente rojo o verde.
Unos años frenéticos
El láser surgió como la evolución natural de su hermano tecnológico de menor energía: el máser. La “m” que diferencia al máser del láser hace referencia a las microondas emitidas. En 1951 el físico estadounidense Joseph Weber explicó en un artículo científico cómo podría utilizarse la emisión estimulada para construir un máser, algo que conseguirían Charles Townes y su equipo tan solo dos años después. Simultáneamente en la Unión Soviética, los físicos Nikolay Basov y Aleksandr Prokhorov trabajaban en este problema y consiguieron construir un diseño más robusto que el de Townes. Los tres recibirían en 1964 el Nobel de Física precisamente por estos desarrollos. Pocos años después de la construcción de los primeros máseres se propuso la posibilidad de construir sistemas similares que emitieran luz visible. En 1960 Theodore H. Maiman lo consiguió. Desde entonces esta tecnología ha evolucionado y con ello revolucionado nuestro mundo.
Los mil usos del láser
Los usos del láser a día de hoy son tantos y tan variados, que podríamos dedicar una pieza entera tan solo a mencionarlos. Entre los usos que más acostumbramos a ver están los códigos de barras, que utilizan láser para su lectura, las impresoras láser, los punteros láser o los termómetros láser, que ganaron especial popularidad durante los peores meses de la pandemia por la COVID-19. También en la industria del entretenimiento tuvieron gran presencia, aunque ahora menos, con la aparición de los CDs y DVDs. El láser también se utiliza para leer vinilos antiguos, prescindiendo de la aguja original que servía para reproducirlos. También en multitud de espectáculos se utilizan láseres como decoración.
En áreas relacionadas con la medicina y el cuerpo humano el láser ha encontrado multitud de usos. Las cirugías láser son comunes, además de los tratamientos láser contra el acné, la depilación láser o para deshacer piedras del riñón. También se utiliza esta tecnología para combatir el cáncer atacando tumores con ella. En la industria pesada el láser permite cortar, soldar, grabar, calentar o limpiar distintos materiales, entre muchos otros usos.
En investigación científica los láseres se han utilizado una y otra vez en incontables experimentos. Durante las misiones Apollo de la NASA se dejaron reflectores en la Luna que a día de hoy sirven para medir con muchísima precisión la distancia a nuestro satélite. Los detectores de ondas gravitatorias utilizan el desfase provocado en el láser que recorre los brazos del detector para detectarlas. En astronomía se utilizan láseres rutinariamente para calibrar telescopios. El enfriamiento por láser se utiliza para alcanzar las temperaturas más bajas posibles, permitiéndonos acercarnos a apenas millonésimas de Kelvin al cero absoluto. En los reactores de fusión nuclear se utilizan láseres para provocar dicho proceso, concentrando el haz de varios láseres potentes sobre muestras de deuterio y tritio. En las telecomunicaciones entre satélites o entre éstos y las estaciones en tierra se utilizan también láseres. Actualmente se investiga la posibilidad de generar energía solar en órbita y transmitirla a tierra mediante láseres.Como puedes ver, los usos de esta tecnología abarcan prácticamente todo el saber y el hacer humano. Sin el láser nuestro mundo sería muy diferente. Pero por supuesto, esto no ha hecho más que empezar. La cantidad de premios Nobel (no solo de física) que han sido entregados por investigaciones relacionadas con el láser evidencia la versatilidad y la trascendencia de esta tecnología. Esta cantidad sin duda seguirá aumentando en el futuro y sin duda seguiremos encontrando usos para esta emisión estimulada de la luz.
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