En un experimento que llev\u00f3 a cabo recientemente, el f\u00edsico Cid Bartolomeu de Ara\u00fajo utiliz\u00f3 haces de luz para estudiar grupos de cinco o seis \u00e1tomos, que, sorprendentemente, pierden parte de sus caracter\u00edsticas individuales y se comportan como si fuesen un tipo de agregado llamado metamol\u00e9cula. El conocimiento producido en los laboratorios del Departamento de F\u00edsica de la Universidad Federal de Pernambuco (UFPE), adem\u00e1s de develar nuevas propiedades de la luz y de nuevos materiales, ayuda a mejorar la eficiencia de la fibra \u00f3ptica y de los vidrios especiales, como los utilizados en los tel\u00e9fonos m\u00f3viles y en las c\u00e9lulas fotovoltaicas, por no hablar de otros resultados inesperados. De Ara\u00fajo se alegr\u00f3 al comprobar que tres trabajos de su grupo de investigaci\u00f3n reforzaron los argumentos que le permitieron al f\u00edsico italiano Giorgio Parisi obtener el Premio Nobel de F\u00edsica de 2021.<\/p>\n
En la d\u00e9cada de 1970, junto a otros j\u00f3venes f\u00edsicos, De Ara\u00fajo particip\u00f3 en la creaci\u00f3n del Departamento de F\u00edsica de la UFPE, que se convirti\u00f3 en uno de los m\u00e1s productivos de Brasil en el campo de la \u00f3ptica no lineal, un \u00e1rea de la f\u00edsica que estudia los efectos de la luz de alta intensidad en s\u00f3lidos, l\u00edquidos o gases. A los 78 a\u00f1os, casado, con tres hijos y seis nietos y ya jubilado, igualmente recorre a diario los laboratorios y participa en las investigaciones. Un libro publicado en diciembre pasado \u2013Hist\u00f3ria da f\u00edsica no Recife <\/em>(Cepe Editora)\u2013, escrito por Ascendino Silva, Marcos Galindo, Osvaldo Pessoa Jr. y Wanderley Vitorino, pone de relieve la importancia del grupo de f\u00edsica de la UFPE y lo asocia al historial cient\u00edfico del estado, arraigado en la labor de los astr\u00f3nomos y naturalistas que llegaron en el siglo XVII junto al conde germano-holand\u00e9s Maur\u00edcio de Nassau (1604-1679) cuando la regi\u00f3n fue ocupada por los holandeses.<\/p>\n En 1971, cuando usted ten\u00eda 26 a\u00f1os, particip\u00f3 en la creaci\u00f3n del Departamento de F\u00edsica de la UFPE, uno de los primeros y a\u00fan hoy uno de los m\u00e1s productivos de Brasil en esta \u00e1rea. \u00bfC\u00f3mo lo planificaron? \u00bfPor qu\u00e9? \u00bfEl equipo actual del departamento conserva ese esp\u00edritu de uni\u00f3n que gui\u00f3 en sus principios el trabajo de ustedes? En 1980, usted y un colega suyo de la UFPE publicaron un art\u00edculo en la revista <\/strong>Chemical Physics Letters en el cual propon\u00edan que dos mol\u00e9culas distintas interactuando entre s\u00ed dentro de un cristal org\u00e1nico pueden absorber simult\u00e1neamente dos fotones, las part\u00edculas de luz, un efecto que d\u00e9cadas m\u00e1s tarde pudo observarse experimentalmente. \u00bfEn qu\u00e9 consiste precisamente este fen\u00f3meno? \u00bfIntentaron demostrar ese efecto experimentalmente? De nuestro departamento surgieron startups que fabrican equipamientos para el \u00e1rea m\u00e9dica basadoq en la fot\u00f3nica<\/p><\/blockquote>\n \u00bfQu\u00e9 se entiende por \u00f3ptica no lineal? En 2013 informamos de un estudio suyo sobre los v\u00f3rtices \u00f3pticos, a los que hemos llamado remolinos de luz. \u00bfEse trabajo ha tenido progresos? \u00bfQu\u00e9 momentos importantes destacar\u00eda de una trayectoria tan extensa como la suya?
\n<\/strong>Para responderle tendr\u00e9 que retroceder algunos a\u00f1os en el tiempo. Junto al que actualmente sigue siendo mi colega, Jos\u00e9 Rios Leite, estudiamos ingenier\u00eda el\u00e9ctrica en la UFPE y luego hicimos una maestr\u00eda en f\u00edsica en la PUC-Rio [Pontificia Universidad Cat\u00f3lica de R\u00edo de Janeiro]. Nosotros dos y otros tres colegas de la UFPE que estaban en S\u00e3o Paulo ten\u00edamos pensado hacer el doctorado en el exterior y luego regresar a Recife. El f\u00edsico carioca S\u00e9rgio Mascarenhas [1928-2021] nos hizo una propuesta: \u201cPueden regresar, armar un grupo de investigaci\u00f3n en Recife y conseguir financiaci\u00f3n para llevar a cabo sus investigaciones\u201d. En aquel entonces, a principios de la d\u00e9cada de 1970, era relativamente f\u00e1cil conseguir fondos para investigar, porque a\u00fan no hab\u00eda tanta competencia. \u00a0No obstante, Mascarenhas nos advirti\u00f3: \u201cPero ustedes necesitan alguien m\u00e1s experimentado que dirija el trabajo\u201d. Conversamos sobre algunos investigadores y \u00e9l mismo escogi\u00f3 e invit\u00f3 a S\u00e9rgio Rezende, a quien en 1970 se lo consideraba alguien con mucha experiencia. Hac\u00eda solamente tres a\u00f1os que hab\u00eda concluido su doctorado en el MIT [Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts, en Estados Unidos]. Y acept\u00f3 venir a Recife, prometiendo quedarse uno o dos a\u00f1os, pero le gust\u00f3 y a\u00fan hoy en d\u00eda sigue aqu\u00ed [v\u00e9ase la entrevista con S\u00e9rgio Rezende en el suplemento Premio Conrado Wessel de <\/em>Pesquisa FAPESP, en su edici\u00f3n de enero de 2012<\/em>]. El objetivo com\u00fan fue algo muy importante, que hizo posible la conformaci\u00f3n del grupo. Desde el punto de vista cient\u00edfico, nos enfocamos en un \u00e1rea en particular, la de los materiales magn\u00e9ticos, y con eso conseguimos generar un ambiente en el que todos habl\u00e1bamos el mismo idioma. Pero fue algo arriesgado para todos nosotros.<\/p>\n
\n<\/strong>Porque la probabilidad de que no funcionara era muy alta. En aquel entonces, hab\u00eda poca gente investigando en la UFPE y en otras universidades de la regi\u00f3n. Tambi\u00e9n hab\u00eda varios grupos de f\u00edsica haciendo sus primeros pasos en Campinas y en S\u00e3o Carlos, en el interior del estado de S\u00e3o Paulo. Cuando llegamos a Recife no hab\u00eda laboratorios ni f\u00edsicos en el departamento. Solo hab\u00eda ingenieros que eran profesores de f\u00edsica a tiempo parcial y tambi\u00e9n trabajaban en despachos privados o empresas. Mi primer trabajo en la UFPE fue el dise\u00f1o de la subestaci\u00f3n el\u00e9ctrica para abastecer de energ\u00eda al laboratorio. El proyecto fue elaborado en forma conjunta con un ingeniero del consejo directivo de la UFPE. Como yo estaba graduado en ingenier\u00eda, qued\u00e9 parcialmente a cargo de la subestaci\u00f3n. S\u00e9rgio Mascarenhas y Gerhard Jacob [1937-2019], f\u00edsico de Rio Grande do Sul, presentaron al CNPq [Consejo Nacional de Desarrollo Cient\u00edfico y Tecnol\u00f3gico] nuestro plan de investigaci\u00f3n para convencerlos de otorgarnos la financiaci\u00f3n inicial. Mascarenhas ya hab\u00eda creado otros grupos en S\u00e3o Carlos e incluso en M\u00e9xico, y confi\u00f3 en la capacidad de nuestro grupo. Me contrataron en 1971, antes de concluir el doctorado. Obtuve el doctorado en la PUC-Rio en 1975 y poco despu\u00e9s fui a hacer un posdoctorado en la Universidad Harvard (EE. UU.). Regres\u00e9, ya para quedarme en Recife, en diciembre de 1977. Conseguimos los primeros fondos del CNPq, pero nos llev\u00f3 un tiempo instalar el laboratorio y empezar a obtener los primeros resultados. En el entretanto, buscamos hacer algo de investigaci\u00f3n te\u00f3rica, para no quedarnos inm\u00f3viles y perder preponderancia en las pocas \u00e1reas en las que est\u00e1bamos involucrados. Por entonces, la mayor\u00eda de las revistas cient\u00edficas tardaban en llegar, alguna que otra menos, porque est\u00e1bamos suscritos y ven\u00edan por correo a\u00e9reo. Pero en general, las recib\u00edamos con un retraso de cinco a seis meses. Era un problema, porque arranc\u00e1bamos con una investigaci\u00f3n y, meses despu\u00e9s, recib\u00edamos una revista y comprob\u00e1bamos que alguien ya hab\u00eda hecho lo mismo.<\/p>\n
\n<\/strong>La motivaci\u00f3n viene de la convivencia, de estar ilusionados con un trabajo y contagiar a otros compa\u00f1eros. Intentamos rodearnos de personas afines que sientan el mismo entusiasmo por la investigaci\u00f3n. Para seleccionar a los estudiantes de iniciaci\u00f3n a la investigaci\u00f3n cient\u00edfica, por ejemplo, una de las primeras preguntas que formulaba un colega era: \u201c\u00bfSabes reparar tu bicicleta?\u201d. Con ello se puede deducir si es un tipo al que le gusta el trabajo manual y arreglar cosas, una habilidad muy importante en un laboratorio de f\u00edsica experimental como el nuestro.<\/p>\n
\n<\/strong>Ese fue uno de los trabajos te\u00f3ricos a los cuales nos dedicamos con Rios Leite mientras no ten\u00edamos un laboratorio instalado adecuadamente. En el modelo m\u00e1s simple del \u00e1tomo, el n\u00facleo tiene cargas positivas y los electrones, que giran alrededor, negativas. Cuando los \u00e1tomos se encuentran alejados unos de otros, el efecto del campo el\u00e9ctrico de las cargas de un \u00e1tomo sobre las de otro es peque\u00f1o. Inversamente, cuando se encuentran cerca, la intensidad del campo el\u00e9ctrico aumenta. Lo que propusimos fue que para determinadas distancias y en ciertas condiciones, los dos \u00e1tomos cercanos pueden comportarse como un sistema \u00fanico, como si fuesen una cuasimol\u00e9cula. Cuando son excitados por un haz de luz de una cierta frecuencia, absorben y comparten la energ\u00eda; parte de ella va hacia un \u00e1tomo y otra parte hacia el otro. Si estuvieran aislados, cada \u00e1tomo, m\u00e1s precisamente un electr\u00f3n, tomar\u00eda toda la energ\u00eda para s\u00ed y cambiar\u00eda de estado, del menor al m\u00e1s energ\u00e9tico, retornando al estado anterior cuando emite la energ\u00eda que recibi\u00f3. Cuando se encuentran pr\u00f3ximos, se produce una interacci\u00f3n electrost\u00e1tica entre las cargas de los dos \u00e1tomos, que propicia la absorci\u00f3n simult\u00e1nea de dos fotones. Hoy en d\u00eda, este\u00a0 trabajo es un problema que podr\u00eda incluirse en un curso avanzado de f\u00edsica, no es nada muy sofisticado. En los albores del Departamento de F\u00edsica de la UFPE, como no ten\u00edamos dinero para montar laboratorios, Rios Leite y yo tambi\u00e9n sopesamos la posibilidad de investigar este efecto en laboratorio, que a\u00fan no hab\u00eda sido tratado en otros estudios. Realizamos los c\u00e1lculos y publicamos el art\u00edculo, que consta de cuatro p\u00e1ginas y languideci\u00f3 durante a\u00f1os en la literatura cient\u00edfica.<\/p>\n
\n<\/strong>Cuando logramos montar el laboratorio, tratamos de hacer el experimento, pero todav\u00eda no dispon\u00edamos de la infraestructura como para encarar este tipo de problema. Se necesita tener dos mol\u00e9culas o dos \u00e1tomos muy cerca, para que puedan interactuar. Lo intentamos con vapores de sodio. Cuando conseguimos reunir las condiciones experimentales, los dos \u00e1tomos se un\u00edan y formaban una mol\u00e9cula de sodio, que no serv\u00eda para lo que nosotros quer\u00edamos. Luego lo intentamos con un s\u00f3lido con iones de tierras raras, pero tampoco fue posible. Hacia 1985, un grupo franc\u00e9s hizo algo muy parecido, pero en realidad, no fue sino hasta 2002 que este efecto pudo observarse, merced al trabajo de un grupo suizo-alem\u00e1n. Para ello, doparon [enriquecieron] un s\u00f3lido org\u00e1nico y, por medio de una sonda, consiguieron localizar pares de mol\u00e9culas muy cercanas pero que no se tocaban, y as\u00ed observaron el efecto. Para mi sorpresa y la de Rios Leite, hab\u00edan dado con nuestro art\u00edculo, 22 a\u00f1os despu\u00e9s de su publicaci\u00f3n, y lo citaron. El art\u00edculo apareci\u00f3 en la portada de la revista Science<\/em>. En 2012, el equipo de Vanderlei Bagnato, de la USP [Universidad de S\u00e3o Paulo], en su campus de la ciudad de S\u00e3o Carlos, verific\u00f3 este efecto en vapor de sodio, pero en este caso hab\u00edamos conversado previamente. Realizamos un seminario all\u00e1 y \u00e9l pens\u00f3 que estaba en condiciones de llevar a cabo ese tipo de experimento. Lo hizo y fue un \u00e9xito, cuyo resultado fue un art\u00edculo que sali\u00f3 publicado en la revista Physical Review Letters<\/em>. Fue una enorme satisfacci\u00f3n, porque \u00e9l trabaj\u00f3 con un sistema muy similar al que hab\u00edamos imaginado 32 a\u00f1os antes. Este efecto pas\u00f3 a denominarse absorci\u00f3n de dos fotones por un par de \u00e1tomos [TPTA]. Es un fen\u00f3meno que puede describirse dentro del amplio andamiaje de la \u00f3ptica no lineal. Posteriormente, otros grupos tambi\u00e9n han estudiado este efecto bajo diferentes aspectos.<\/p>\n
\n<\/strong>Se trata de un \u00e1rea actualmente llamada tambi\u00e9n fot\u00f3nica no lineal, que estudia los efectos de la luz de alta intensidad sobre los distintos estados de la materia: s\u00f3lido, l\u00edquido, gaseoso o plasma. Estos materiales de inter\u00e9s pueden hallarse en el laboratorio o en la naturaleza, por lo que es posible realizar \u00f3ptica no lineal en laboratorios que simulen, por ejemplo, la atm\u00f3sfera de las estrellas. Desde un punto de vista pr\u00e1ctico, la primera contribuci\u00f3n importante de esta \u00e1rea fue la creaci\u00f3n del primer l\u00e1ser y la comprensi\u00f3n de su funcionamiento, en la d\u00e9cada de 1960. Luego vino la fibra \u00f3ptica, que transporta mensajes y ha cambiado nuestras vidas. Y de ah\u00ed en adelante han surgido aplicaciones de la \u00f3ptica en la medicina, con pruebas que eval\u00faan la luminiscencia [la capacidad de emitir luz] de mol\u00e9culas espec\u00edficas de la sangre, por ejemplo.<\/p>\n
\n<\/strong>En efecto, se ha avanzado. Un estudiante de doctorado que trabajaba en eso en aquel momento, Anderson Amaral, ahora es docente en la UFPE. Lo que en ese entonces\u00a0 [lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 211<\/em><\/a>] era un trabajo de investigaci\u00f3n b\u00e1sica se convirti\u00f3 en una rutina. Podemos producir los haces con v\u00f3rtices \u00f3pticos y utilizarlos para realizar diversos experimentos. Los haces tienen un momento angular, esto significa que, cuando inciden sobre un grupo de electrones o de mol\u00e9culas, tienden a provocar que unos u otras giren. Un grupo de Estados Unidos y otro de China est\u00e1n utilizando esta posibilidad de manipular el perfil de la luz para generar n\u00fameros aleatorios, de gran relevancia en la encriptaci\u00f3n de los mensajes por telefon\u00eda m\u00f3vil e internet.<\/p>\n
\n<\/strong>En 2021, el informe de la comisi\u00f3n de la Academia Sueca de Ciencias que propone a los candidatos para el Premio Nobel hizo referencia a tres trabajos nuestros, hechos en Recife, que sirvieron para corroborar los postulados de uno de los ganadores del Premio Nobel de F\u00edsica, el italiano Giorgio Parisi. Esto nos alegr\u00f3 mucho a m\u00ed y a mis colegas de nuestro equipo porque no hab\u00edamos tenido ning\u00fan contacto con los autores del informe, pero ellos notaron que nuestros art\u00edculos fueron importantes para comprobar las ideas de Parisi. A finales de la d\u00e9cada de 1970, Parisi propuso una teor\u00eda que explicaba el comportamiento de algunos materiales magn\u00e9ticos. Otros f\u00edsicos del \u00e1rea coincidieron en que la teor\u00eda de Parisi era correcta, pero la forma de verificarla era muy indirecta. Entonces, entre 2015 y 2017, empleando l\u00e1seres aleatorios, demostramos de manera directa que su propuesta era correcta. No fue algo que nos propusi\u00e9ramos, para nada. Llegamos a esos resultados por pura casualidad en el marco de un estudio conjunto con un colega docente de la UFPE, Anderson Gomes. Como somos f\u00edsicos experimentales, necesit\u00e1bamos del apoyo de otros f\u00edsicos te\u00f3ricos. Casualmente, Ernesto Raposo, un colega mucho m\u00e1s joven de la rama de la f\u00edsica estad\u00edstica de aqu\u00ed de la UFPE ya hab\u00eda trabajado con esos procesos en f\u00edsica del estado s\u00f3lido y nos brind\u00f3 una ayuda inmensa.<\/p>\n