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 a?os. Se llama femtosegundo (10-15 segundos) y es, por ejemplo, el tiempo que tarda un electr¨®n en saltar de un ¨¢tomo a otro. En la Universidad de Castilla-La Mancha, en el campus de Toledo, se acaba de instalar el primer sistema que permite ver qu¨¦ le pasa durante ese corto tiempo a una mol¨¦cula excitada por un l¨¢ser especial. Un rayo hace saltar la liebre y otro analiza el salto. Esta precisi¨®n permitir¨¢ saber por ejemplo c¨®mo la acci¨®n de la radiaci¨®n solar en la mol¨¦cula del ADN provoca el c¨¢ncer, c¨®mo se genera la energ¨ªa el¨¦ctrica en una placa solar o c¨®mo act¨²a un medicamento en fototerapia.

Esta t¨¦cnica permite estudiar c¨®mo se comporta la materia al nivel m¨¢s ¨ªntimo

Cuatro a?os de esfuerzos, desde que coloc¨® el primer l¨¢ser hasta que ha podido disponer de la detecci¨®n, le ha costado a Abderrazzak Douhal, profesor de qu¨ªmica f¨ªsica en la Facultad de Ciencias Ambientales, tener a punto su instrumental. Su grupo de investigaci¨®n empez¨® consiguiendo un femtol¨¢ser, un l¨¢ser 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 m¨¢s r¨¢pido; ahora, ha montado la c¨¢mara ultra r¨¢pida. "Esta t¨¦cnica", dice Douhal, "permite estudiar el comportamiento de la materia al nivel m¨¢s ¨ªntimo, ver c¨®mo se mueven los ¨¢tomos en las mol¨¦culas 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 femtol¨¢ser emite su se?al, que es controlada por dos equipos inform¨¢ticos para garantizar tanto la duraci¨®n de los paquetes de luz como el color que tienen. S¨®lo con una enorme precisi¨®n en estas m¨ªnimas distancias pueden hacerse las fotograf¨ªas de los electrones y de los ¨¢tomos saltando de un sitio a otro. "Hace un a?o", dice Douhal, "ya ten¨ªamos el femtol¨¢ser, pero no el aparato detector de movimientos at¨®micos a escala real de las reacciones qu¨ªmicas, as¨ª que pod¨ªamos 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 ¨²ltimos, pero no qu¨¦ pasaba durante la obra. Ahora podemos ver la obra completa y en detalle". Del pico al femto hay tres ceros m¨¢s, de la billon¨¦sima a la milbillon¨¦sima parte de un segundo. Una eternidad en el mundo cu¨¢ntico.

"Esta es una ciencia b¨¢sica con muchas aplicaciones", se?ala Douhal, "desde saber c¨®mo se transporta la informaci¨®n a trav¨¦s de una fibra ¨®ptica o el paso del petr¨®leo a la gasolina, hasta el uso de la fototerapia: la uni¨®n de la luz y de los medicamentos para curar enfermedades. Sus resultados se pueden usar en biomedicina, nanotecnolog¨ªa, medio ambiente..." Las cataratas, esa p¨¦rdida de visi¨®n tan com¨²n 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 prote¨ªnas que hacen que se forme esa capa blanca tan caracter¨ªstica de esta enfermedad. Eso ocurre en el rango de los femtosegundos. Por otra parte, como la visi¨®n est¨¢ basada en el cambio estructural inducido por la luz en una mol¨¦cula en la retina "es importante saber qu¨¦ pasa exactamente para ver si podemos hacer reversible el proceso de formaci¨®n de la catarata", explica Douhal. "Si somos capaces de entenderlo con precisi¨®n, quiz¨¢ seamos capaces de volver atr¨¢s el proceso".

Los radicales libres, esas mol¨¦culas tan reactivas que se asocian al envejecimiento e incluso a enfermedades como el c¨¢ncer, son tambi¨¦n candidatas al estudio con femtol¨¢seres. "Los radicales libres ceden electrones con facilidad, as¨ª que tratamos de ver c¨®mo ocurre el proceso y si podemos controlarlo o al menos entenderlo. Este sistema es como un microscopio temporal, una c¨¢mara que congela el tiempo, pero un tiempo muy corto".

Douhal, de origen marroqu¨ª, que lleg¨® a Espa?a en 1986 y luego estuvo en varios pa¨ªses antes de volver hace casi 10 a?os, se muestra orgulloso de su laboratorio de femtoqu¨ªmica y femtobiolog¨ªa, porque le ha permitido "hacer un peque?o avance en la posibilidad de hacer femtociencia en nuestro pa¨ªs. En Espa?a hay muy pocos femtol¨¢seres como el nuestro, pero en mi conocimiento, este es el primer laboratorio que puede hacer fotos de reacciones qu¨ªmicas en pocos eventos de femtosegundos. Como nos lleg¨® el seis de enero, siempre digo que nos lo trajeron los Reyes Magos".

Y es que la cuesti¨®n de la financiaci¨®n no es el menor problema para montar un equipo como este. "El equipo que tenemos, montado en unos cinco a?os, ha sido posible gracias a la financiaci¨®n de varios proyectos del Ministerio de Ciencia y Tecnolog¨ªa, la Consejer¨ªa de Ciencia y Tecnolog¨ªa de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha, y del apoyo de la Universidad".

Entre los trabajos del equipo de Douhal est¨¢ un sistema simple para detectar la sal en los jamones. "Sin nuestro sistema, s¨®lo se sabe si el jam¨®n est¨¢ salado prob¨¢ndolo o midiendo la sal destruyendo una parte del jam¨®n, as¨ª que ideamos un m¨¦todo no destructivo que permit¨ªa valorar el grado de sal durante el curado de los jamones sin abrirlos. Tambi¨¦n estamos estudiando procesos qu¨ªmico-f¨ªsicos en cajas moleculares para sus aplicaciones en nanofot¨®nica y memorias moleculares". Y es que la femtociencia, cuyo fundador es el egipcio Ahmed Zewail, premio Nobel de Qu¨ªmica en 1999, es ya una especialidad madura que est¨¢ a punto de alumbrar a la attociencia, es decir, tres ceros m¨¢s en la escala temporal, una trillon¨¦sima de segundo.

Una de las preocupaciones de Douhal es el estado de la investigaci¨®n cient¨ªfica en Espa?a. "Es necesario, si queremos montar en el tren de alta velocidad de la ciencia, que se invierta m¨¢s dinero y que se creen m¨¢s plazas de investigaci¨®n estables. Las becas y los contratos tienen un tiempo muy limitado. Estos investigadores formados y con mucha ilusi¨®n se encuentran con el problema de ?ma?ana qu¨¦? Como la mayor¨ªa no se pueden colocar en universidades o institutos de investigaci¨®n porque ya est¨¢n saturados, hay que crear y financiar nuevos centros de investigaci¨®n de excelencia donde se premie la competitividad, y que adem¨¢s permitir¨¢n desarrollar tecnolog¨ªas propias que reduzcan la dependencia exterior. Es necesario una inversi¨®n mayor en ciencia b¨¢sica y aplicada, algo que dar¨ªa sus frutos pronto".