En Toledo, un nuevo laboratorio saca fotos en 0,000000000000001 segundos

Es mucho menos que un suspiro, una brizna de tiempo tan corto que caben tantas en un segundo como segundos caben en 32 millones de años. Se llama femtosegundo (10-15 segundos) y es, por ejemplo, el tiempo que tarda un electrón en saltar de un átomo a otro. En la Universidad de Castilla-La Mancha, en el campus de Toledo, se acaba de instalar el primer sistema que permite ver qué le pasa durante ese corto tiempo a una molécula excitada por un láser especial. Un rayo hace saltar la liebre y otro analiza el salto. Esta precisión permitirá saber por ejemplo cómo la acción de la radiación solar en la molécula del ADN provoca el cáncer, cómo se genera la energía eléctrica en una placa solar o cómo actúa un medicamento en fototerapia.

Esta técnica permite estudiar cómo se comporta la materia al nivel más íntimo

Cuatro años de esfuerzos, desde que colocó el primer láser hasta que ha podido disponer de la detección, le ha costado a Abderrazzak Douhal, profesor de química física en la Facultad de Ciencias Ambientales, tener a punto su instrumental. Su grupo de investigación empezó consiguiendo un femtoláser, un láser que en vez de emitir luz de manera continua, la emite en paquetes de fotones que duran unos 70 femtosegundos, como los chorros discontinuos de una manguera de agua, pero mil billones de veces más rápido; ahora, ha montado la cámara ultra rápida. "Esta técnica", dice Douhal, "permite estudiar el comportamiento de la materia al nivel más íntimo, ver cómo se mueven los átomos en las moléculas siguiendo sus movimientos a escala de femtosegundo".

Sobre la mesa de trabajo, una red de luces, espejos y prismas conduce la luz roja desde la fuente hasta la muestra. El femtoláser emite su señal, que es controlada por dos equipos informáticos para garantizar tanto la duración de los paquetes de luz como el color que tienen. Sólo con una enorme precisión en estas mínimas distancias pueden hacerse las fotografías de los electrones y de los átomos saltando de un sitio a otro. "Hace un año", dice Douhal, "ya teníamos el femtoláser, pero no el aparato detector de movimientos atómicos a escala real de las reacciones químicas, así que podíamos hacer fotos en el rango de los picosegundos, lo que era como ir al teatro y ver los primeros cinco minutos de la obra y los cinco últimos, pero no qué pasaba durante la obra. Ahora podemos ver la obra completa y en detalle". Del pico al femto hay tres ceros más, de la billonésima a la milbillonésima parte de un segundo. Una eternidad en el mundo cuántico.

"Esta es una ciencia básica con muchas aplicaciones", señala Douhal, "desde saber cómo se transporta la información a través de una fibra óptica o el paso del petróleo a la gasolina, hasta el uso de la fototerapia: la unión de la luz y de los medicamentos para curar enfermedades. Sus resultados se pueden usar en biomedicina, nanotecnología, medio ambiente..." Las cataratas, esa pérdida de visión tan común en las personas mayores, se producen por el efecto de los fotones sobre determinadas zonas del ojo, debido a que los fotones de la luz solar provocan un cruzamiento de proteínas que hacen que se forme esa capa blanca tan característica de esta enfermedad. Eso ocurre en el rango de los femtosegundos. Por otra parte, como la visión está basada en el cambio estructural inducido por la luz en una molécula en la retina "es importante saber qué pasa exactamente para ver si podemos hacer reversible el proceso de formación de la catarata", explica Douhal. "Si somos capaces de entenderlo con precisión, quizá seamos capaces de volver atrás el proceso".

Los radicales libres, esas moléculas tan reactivas que se asocian al envejecimiento e incluso a enfermedades como el cáncer, son también candidatas al estudio con femtoláseres. "Los radicales libres ceden electrones con facilidad, así que tratamos de ver cómo ocurre el proceso y si podemos controlarlo o al menos entenderlo. Este sistema es como un microscopio temporal, una cámara que congela el tiempo, pero un tiempo muy corto".

Douhal, de origen marroquí, que llegó a España en 1986 y luego estuvo en varios países antes de volver hace casi 10 años, se muestra orgulloso de su laboratorio de femtoquímica y femtobiología, porque le ha permitido "hacer un pequeño avance en la posibilidad de hacer femtociencia en nuestro país. En España hay muy pocos femtoláseres como el nuestro, pero en mi conocimiento, este es el primer laboratorio que puede hacer fotos de reacciones químicas en pocos eventos de femtosegundos. Como nos llegó el seis de enero, siempre digo que nos lo trajeron los Reyes Magos".

Y es que la cuestión de la financiación no es el menor problema para montar un equipo como este. "El equipo que tenemos, montado en unos cinco años, ha sido posible gracias a la financiación de varios proyectos del Ministerio de Ciencia y Tecnología, la Consejería de Ciencia y Tecnología de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha, y del apoyo de la Universidad".

Entre los trabajos del equipo de Douhal está un sistema simple para detectar la sal en los jamones. "Sin nuestro sistema, sólo se sabe si el jamón está salado probándolo o midiendo la sal destruyendo una parte del jamón, así que ideamos un método no destructivo que permitía valorar el grado de sal durante el curado de los jamones sin abrirlos. También estamos estudiando procesos químico-físicos en cajas moleculares para sus aplicaciones en nanofotónica y memorias moleculares". Y es que la femtociencia, cuyo fundador es el egipcio Ahmed Zewail, premio Nobel de Química en 1999, es ya una especialidad madura que está a punto de alumbrar a la attociencia, es decir, tres ceros más en la escala temporal, una trillonésima de segundo.

Una de las preocupaciones de Douhal es el estado de la investigación científica en España. "Es necesario, si queremos montar en el tren de alta velocidad de la ciencia, que se invierta más dinero y que se creen más plazas de investigación estables. Las becas y los contratos tienen un tiempo muy limitado. Estos investigadores formados y con mucha ilusión se encuentran con el problema de ¿mañana qué? Como la mayoría no se pueden colocar en universidades o institutos de investigación porque ya están saturados, hay que crear y financiar nuevos centros de investigación de excelencia donde se premie la competitividad, y que además permitirán desarrollar tecnologías propias que reduzcan la dependencia exterior. Es necesario una inversión mayor en ciencia básica y aplicada, algo que daría sus frutos pronto".