Ursula Keller (Zug, Suiza, 1956) es una científica inquieta, por su propia descripción. Además de ser una investigadora de renombre —dirige el National Center of Competence Research for Molecular Ultrafast Science and Technology (MUST) y un grupo de investigación en la Escuela Politécnica ETH de Zurich (Suiza)—, es la pionera en el desarrollo de los láseres ultrarrápidos, haces de luz interrumpida en billones de pulsos por segundo. Esta tecnología, que permite controlar de forma muy precisa la cantidad de energía que descarga el láser sobre su objetivo, ha encontrado aplicación en industrias tan diversas como la medicina o la electrónica de consumo.
Keller no se ha limitado a desarrollar los láseres para dejar la industria en manos de otros: con varias empresas a su nombre, la investigadora tiene mucho que contar sobre el emprendimiento en la ciencia.
Este año, ha recibido el prestigioso Premio al Inventor Europeo de la Oficina Europea de Patentes. Además, Keller ha desarrollado el attoreloj, un dispositivo capaz de medir el tiempo en trillonésimas de segundo, que es lo que tarda la luz en viajar de un átomo al siguiente.
Materia habla con ella a su paso por Madrid, invitada por la Fundación BBVA y la Universidad Autónoma de Madrid como ponente en la Escuela Internacional Nicolás Cabrera, dedicada a la nanofotónica.
Pregunta: ¿Cómo empezó su trabajo con láseres?
Respuesta: Cuando vi mi primer láser, me emocioné. Fue en las jornadas de puertas abiertas de la universidad ETH [Escuela Politécnica Federal de Zúrich]. Antes de empezar mis estudios, fui allí con mi padre, porque tenía que convencerle de que podía estudiar física. Él estaba preocupado de que su hija estuviera a punto de sumergirse sola en este mundo de hombres. Había un experimento que mostraba la comunicación óptica con un láser: cuando ponías la mano en el rayo paraba la música, y al retirarla, volvía a sonar. Era un experimento precioso, y le expliqué a mi padre cómo funcionaba. Entonces lo aceptó: “Vale, puede ir a estudiar física”.
P: ¿Los láseres tienen un papel importante en el campo de la nanofotónica?
R: La nanofotónica tiene dos componentes: uno espacial y otro temporal. Si viajas a la dimensión más pequeña de la materia, todo se acelera también. Yo quería estudiar física de láseres; lo más fascinante en mi juventud era la espectroscopía ultrarrápida, que permite medir procesos cada vez más breves. Cuando yo estaba haciendo mi doctorado apareció la espectroscopía de femtosegundos [en un segundo hay mil billones de femtosegundos], y con esto ya se podían observar los procesos de relajación electrónica en materiales semiconductores. Luego en los años 80 fue posible construir materiales semiconductores controlando cada capa de átomos. Así diseñas la superficie y creas un material completamente artificial controlando el crecimiento de los cristales. Esto era solo el comienzo. Desde entonces yo estaba enganchada a esta física y quería entender la dinámica de estos materiales. Cuando ves el impacto que ha tenido ese conocimiento, por ejemplo para crear transistores cada vez más rápidos y cada vez más pequeños… ha sido tremendo, ¿no?
Claro, siempre quieres empujar los límites. Siempre quieres entender qué pasa si cambias esto o aquello, y qué otro material podría ser relevante o mejor, y así. Creo que siempre que aparece la oportunidad de medir algo con más precisión, se hace un descubrimiento nuevo.
P: Usted ha desarrollado la forma más precisa de medir el tiempo, el attoreloj. ¿Cómo funciona?
R: El attoreloj es una técnica de medición [del tiempo] que utiliza la polarización circular de la luz. La luz es una onda electromagnética, por lo que tiene un campo eléctrico y un campo magnético que oscilan muy rápido. Se puede conseguir la rotación del vector eléctrico en lugar de su oscilación; en ese caso se dice que la luz tiene una polarización circular o elíptica. En la luz del espectro infrarrojo cercano, por ejemplo, el vector del campo eléctrico completa un giro en 2,7 femtosegundos. Entonces podemos considerar este vector como la aguja de un reloj, y podemos medir el paso del tiempo con mayor precisión cuanto más rápido gire el vector.
P: ¿Podéis medir procesos naturales que ocurren a estas velocidades?
R: Se llama el attoreloj porque, en principio, si en una rotación tienes un femtosegundo, puedes medir longitudes de tiempo de attosegundos [trillonésimas de segundo]. Atto- es mil veces más pequeño que femto-. En el tiempo de los attosegundos empezamos a observar la dinámica del electrón. En el modelo atómico de Bohr, que es un ejemplo semiclásico [considerado actualmente una simplificación], el electrón gira en torno al núcleo atómico en 125 attosegundos. Podrías decir que los attosegundos son el tiempo cuántico, porque es la escala de tiempo en la que se mueven los electrones en los sólidos.
P: ¿En su laboratorio hay un attoreloj?
R: Sí, lo hemos construido, es un sistema muy grande. Lo utilizamos para medir la duración del efecto túnel del electrón. Una partícula puede atravesar una montaña, lo que llamamos una barrera de potencial, sin que haya una puerta. Nosotros necesitaríamos taladrar un túnel en la montaña para cruzar, pero en el mundo de la mecánica cuántica, una partícula puede atravesarla sin más, por el efecto túnel. ¿Cómo ocurre? Pues esa es la gran pregunta.
Sabemos exactamente la probabilidad de que un electrón atraviese la barrera y aparezca por el otro lado. Eso lo aprende todo el mundo en primero de física. Pero cuánto tarda… eso no se sabe. Nosotros lo hemos medido, y es más rápido que el electrón libre: la misma partícula, si hubiese un túnel real por la barrera, tardaría más en recorrer esa distancia. Si esto es realmente cierto... considera los nuevos aparatos electrónicos; los transistores están limitados por el tiempo que tarda el electrón en recorrer un espacio, si se aplica el efecto túnel tendríamos transistores más rápidos.
P: ¿Piensa siempre en las aplicaciones prácticas de su ciencia, o considera su trabajo investigación básica?
R: Yo crecí, científicamente, en los [Nokia] Bell Labs de Stanford [Laboratorios Bell]. Allí la gente siempre está pensando en el impacto que pueda tener su trabajo, así que por supuesto me llevé esa forma de pensar de vuelta a Suiza. He formado mi grupo de investigación en torno a la física básica y a la física aplicada.
Entonces, hay parte de mi trabajo que hago por pura curiosidad: “¿Qué pasa si empujo esto al siguiente límite?” ¿Sabe? Pura curiosidad, por ir donde nadie ha ido antes. Eso es como una aventura científica a lo desconocido. Y, por otra parte, hay una porción de mi trabajo que es práctica, donde claramente veo que la tecnología que he desarrollado a lo largo de los años tiene un impacto comercial real. He tenido varias empresas spinoff [surgidas de la universidad]. Cuando fui a Suiza en 1993 estaba casada y mi marido ya estaba en startups en Silicon Valley. Él hizo un doctorado en ingeniería electrónica, yo en física. Entonces él decidió, cuando yo conseguí un trabajo muy bueno como catedrática en ETH: “Vale, voy contigo y empiezo una empresa”. Como yo tenía ingresos seguros, él pudo asumir la carrera de mayor riesgo. De hecho tomó la idea que yo desarrollé en Bell Labs después de mi doctorado y fue el primero en comercializarla.
P: ¿Qué idea?
R: Un nuevo método para producir pulsos cortos con láseres de estado sólido: los láseres ultrarrápidos. Entonces no estaban disponibles comercialmente y su prototipo estaba muy avanzado para el mercado. Empezó la empresa pensando que la tecnología tendría que valer para algo. Luego, claro, empezamos a pensar en muchísimas aplicaciones, pero el mercado siempre tarda un poco más en ponerse al día e incluirlas en su hoja de ruta. Ahora el mercado de los láseres ultrarrápidos está creciendo rapidísimo; el iPhone no existiría sin los láseres ultrarrápidos [se emplean, por ejemplo, en las pantallas táctiles y en el reconocimiento facial, o Face ID].
A lo largo de los años muchos de mis alumnos, siguiendo nuestro ejemplo, han decidido empezar una empresa. Al final todos han tenido éxito, o sea que ha sido una auténtica explosión. Y he graduado a más de 70 doctorandos, ya, muchos de los cuales han ido al sector privado. La industria de los láseres se los llevó a todos. Más tarde, según empecé a hacer más investigación básica, más de mis alumnos decidieron quedarse en el ámbito académico.
P: Muchos doctorandos consideran un fracaso no conseguir una buena posición en la investigación al terminar su tesis. ¿Cree que falta cultura de emprendimiento en las universidades?
R: Bueno, en Stanford hay más estudiantes pensando en una empresa que en el sector académico.
P: ¿Entonces hay diferencias culturales?
R: No es solo cultural, también depende de los referentes que tengan. Me explico: si estás en medio de Silicon Valley, no puedes evitar pensar en el interés comercial. Muchos de mis profesores estaban metidos en startups. En ese mundo, podías ser un científico brillante y estar pensando en las aplicaciones comerciales. Además, en la ciencia, cualquier resultado es un resultado, pero en la investigación aplicada, no todos los resultados son buenos resultados: si no funciona, no funciona, y eso te fastidia.
Por eso creo que hacen falta motivaciones distintas, y [ambas opciones] te brindan oportunidades distintas. Al final, siempre necesitas gente excelente dispuesta a entrar en lo desconocido. Pero lo que mucha gente olvida es que no hay nada claro cuando empiezas una empresa. A toro pasado es fácil decir: “Ah, tenían el camino al éxito asegurado”. Pero la realidad es que en las primeras etapas no hay ningún camino claro y tienes que ser aventurero y salir… Siempre se tarda más de lo que piensas.
P: No es para todos.
R: Yo defiendo la doble carrera profesional. Tener dos carreras no es un problema, es una oportunidad. Mi marido empezó una empresa y por supuesto tardó mucho en ver el impacto comercial, hasta que el mercado estuvo listo para esa tecnología. Y durante ese tiempo tuvimos hijos y todo. Yo era la responsable de los ingresos principales de la familia y, además, empezamos una segunda empresa que falló. Era bastante dinámico. Por eso organizamos nuestras vidas para poder vivir como familia de mi sueldo; eso reduce el nivel de riesgo. Yo siempre he pensado que la vida va en cierto modo sobre la gestión de riesgos, por eso está bien entrar en una relación en la que juntos podemos lograr más que solos. Las dos carreras son una oportunidad para tener más flexibilidad. Hay mucha gente en la vida que está atascada en un trabajo que no le gusta, y eso es horrible. Tienen que seguir trabajando porque deben traer dinero a casa para la familia. Es deprimente, ¿no?
P: Si tuviera que usar dos palabras para describir su “doble carrera”, una sería científica, sin duda. Y la otra, ¿inventora?
R: Exploradora. Sí, soy una exploradora. Si tuviera que hacer siempre el mismo tipo de trabajo me aburriría muchísimo, así que siempre tengo la motivación de saltar a lo desconocido. Hago eso en todos los aspectos de mi vida: en mi tiempo libre me gusta hacer deporte para variar con respecto al trabajo. Cuando estudiaba en ETH me aficioné al esquí de montaña con unos amigos, luego en Stanford aprendí a hacer windsurf. Ahora quiero aprender kitesurf. Según me hago mayor voy tardando más en aprender, pero creo que siempre hay que intentar salir un poco de la zona de confort, intentar hacer algo que nos dé un poco de miedo, ¿sabe? Cuando envejeces tienes que tener más cuidado, porque de una caída te duele todo el cuerpo y recuerdas que no tienes 25 años, pero es mi actitud a la vida. Siempre hay que hacer algo ligeramente inquietante.
