El rayo que surgió de la guerra fría

Aunque todavía suene a arma de ciencia ficción, el láser es un un hijo de la física cuántica, tan sofisticado como de uso cotidiano: en los lectores de la caja del supermercado, en los reproductores de CD o DVD y también en las operaciones para corregir la miopía. Su fundamento teórico fue apuntado por Einstein, pero el camino de la teoría a la práctica no fue una línea recta: tuvieron que pasar décadas hasta que un cúmulo de aciertos y despropósitos, de colaboraciones y rivalidades, de ciencia pura e intereses militares, hicieron realidad el láser.

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“Charles Townes con el primer prototipo de máser” (Crédito: Dan Rubin)

El máser (o láser de microondas) primer dispositivo de este tipo, fue patentado el 24 de marzo de 1959 por Charles Townes y Arthur Schawlow, a pesar de que su empresa no le veía una aplicación clara a aquel invento. La idea para amplificar ondas de la misma frecuencia (longitud de onda) la plasmó Albert Einstein en dos artículos de Einstein de 1916. Sin embargo, su realización práctica, con todos los nuevos elementos teóricos y experimentales que ello conllevó, no llegó hasta la década de 1950. Los responsables de este logro fueron, de manera independiente, los físicos soviéticos Aleksandr Prokhorov y Nikolai Basov, y el estadounidense Charles Townes. Y, al margen de quién fue primero y de la lucha entre las dos superpotencias de la Guerra Fría, esta vez los tres compartieron el reconocimiento, al recibir el Premio Nobel de Física de 1964).

En mayo de 1952, durante una conferencia sobre radio-espectroscopía en la Academia de Ciencias de la URSS, Basov y Prokhorov describieron el principio del máser, aunque no publicaron nada hasta dos años después (Basov y Prokhorov 1954). Y no sólo describieron su principio, sino que también Basov construyó uno como parte de su tesis doctoral, unos pocos meses después de que Townes hiciese lo propio.

Merece la pena resumir cómo Townes llegó por su parte a la misma idea del máser, ya que ilustra acerca de lo muy diversos que pueden ser los elementos que forman parte de los procesos de descubrimiento científico. Tras permanecer en los laboratorios Bell entre 1939 y 1947, en donde se ocupó, entre otros temas, de la investigación relacionada con el radar, Townes pasó al Radiation Laboratory de la Universidad de Columbia, creado durante la Segunda Guerra Mundial para desarrollar radares, esenciales para el desarrollo de la guerra.

Al igual que otras instituciones, este laboratorio continuó recibiendo dinero de los militares después de la contienda, dedicando el 80% de su presupuesto al desarrollo de tubos que generasen microondas. En la primavera de 1950, Townes organizó en Columbia para la Oficina de Investigación de la Marina un comité asesor para considerar nuevas formas de generar microondas de menos de un centímetro. Tras un año de considerar la cuestión, se le ocurrió un nuevo enfoque antes de asistir a una de las sesiones de su comité: era la idea de máser. Cuando logró, en 1954 y en colaboración con un joven doctor, Herbert J. Zeiger, y un doctorando, James P. Gordon, hacer realidad operacional esa idea utilizando un gas de moléculas de amoniaco, resultó que las oscilaciones producidas por el máser se caracterizaban no sólo por su alta frecuencia y potencia, sino también por su uniformidad. El máser, en efecto, produce una emisión coherente de microondas; esto es, radiación altamente concentrada, de una única longitud de onda.

Incluso antes de que los máseres empezasen a proliferar, algunos físicos comenzaron a intentar extender su idea a otras longitudes de onda. Entre ellos se encontraba el propio Townes (también Basov y Prokhorov), quien a partir del otoño de 1957 inició trabajos para ir desde las microondas a la luz visible, colaborando con su cuñado, Arthur Schawlow, un físico de los laboratorios Bell. Fruto de sus esfuerzos fue un artículo básico, en el que mostraban cómo se podría construir un láser, al que todavía denominaban «máser óptico». No está de más mencionar que los abogados de los laboratorios Bell, para los que trabajaba Schawlow y con los que Townes tenía un contrato de asesor, pensaron que la idea del láser no tenía interés suficiente como para ser patentada; únicamente lo hicieron ante la insistencia de Townes.

La carrera por construir un láser se intensificó a partir de entonces. Aunque la historia posterior no siempre ha sido lo suficientemente clara en este punto, el primero que tuvo éxito fue Theodore Maiman, que consiguió poner en funcionamiento un láser de rubí el 16 de mayo de 1960 en los Hughes Research Laboratories.
Maiman envió a la entonces recién establecida Physical Review Letters un manuscrito con sus resultados, pero fue rechazado como «sólo otro artículo sobre el máser». Así que lo intentó en Nature, en cuyo número del 6 de agosto de 1960 consiguió publicar el resultado de su trabajo. Poco después, Schawlow anunciaba en Physical Review Letters (su artículo sí fue aceptado) que había puesto en funcionamiento otro láser, también de rubí y considerablemente más grande y potente que el de Maiman.

Más sobre la revolución de la física en la segunda mitad del siglo XX, en este ensayo de José Manuel Sánchez Ron ‘El mundo después de la revolución’