Las Becas Leonardo fueron concebidas por la Fundación BBVA hace una década para llenar un vacío en el contexto del apoyo a la ciencia y la cultura en España. Su objetivo es dar un impulso a los proyectos personales de investigadores y creadores de excepcional talento que se encuentran en un estadio intermedio de sus trayectorias profesionales, sin las opciones de financiación dirigida a jóvenes en el inicio de sus carreras, ni, en bastantes casos, posibilidad de liderar proyectos de equipos, principalmente al alcance de investigadores y creadores más senior. Los investigadores y creadores culturales, con edades comprendidas entre los 30 y los 45 años, con logros ya acreditados y proyectos en el presente de muy alto interés, tienen en las Becas Leonardo un instrumento de avance ajustado a sus necesidades.

Otra característica esencial del programa es la amplia flexibilidad que ofrece a sus receptores en el desarrollo de sus trabajos. El destino de los fondos de cada una de las becas, dotadas con 40.000 euros, se ajusta sin limitación alguna a los diferentes requerimientos individuales planteados por cada solicitante, acogiendo y respetando tanto la variabilidad entre especialidades, como las distintas exigencias del desarrollo de los proyectos, que pueden llevarse a cabo en un plazo de entre 12 y 18 meses.

En atención al carácter particularmente productivo de la comunidad científica dedicada a la Física en España y al carácter fundamental, teórico y aplicado, de esta área del conocimiento, a principios de 2023 la Fundación BBVA abrió por segunda vez una convocatoria especial de las Becas Leonardo dedicada exclusivamente a este campo. Tras revisar las 72 solicitudes recibidas, la comisión evaluadora de expertos (ver composición más abajo) ha resuelto conceder siete becas a los siguientes investigadores:  Carlos Antón Solanas, Investigador Principal de un proyecto de “Atracción de talento CAM” en el Departamento de Física de Materiales de la Universidad Autónoma de Madrid; Clara Cuesta Soria, investigadora posdoctoral Ramón y Cajal en el Departamento de Investigación Básica del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT); Héctor Gil Marín, investigador posdoctoral Ramón y Cajal en el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona; Tobias Grass, investigador científico en el Donostia International Physics Center; Gabriel Lozano Barbero, científico titular del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS – CSIC); Alba María Paniagua Díaz, investigadora posdoctoral en el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia; y Patricia Sánchez Lucas, investigadora posdoctoral Juan de la Cierva en el Departamento de Física Teórica y del Cosmos de la Universidad de Granada.

El pasado 28 de abril se abrió la convocatoria general de las Becas Leonardo 2023, que permanecerá abierta hasta el 31 de mayo y adjudicará 55 becas en las siguientes 10 áreas: Ciencias Básicas (Física, Química, Matemáticas); Biología y Biomedicina; Ciencias del Medio Ambiente y de la Tierra; Ingenierías; Ciencias de la Computación y Ciencia de Datos; Ciencias Sociales; Humanidades; Artes Plásticas; Música y Ópera; Creación Literaria y Artes Escénicas.

A continuación, se presenta un perfil sobre los proyectos de investigación de los siete receptores de las Becas Leonardo de Física 2023.

Carlos Antón Solanas: Tecnologías cuánticas para comunicaciones seguras

Nuestros mensajes de WhatsApp, las transferencias bancarias y cualquier información sensible se deben transmitir sin que nadie más que la persona indicada los pueda leer. Aunque los métodos que se emplean actualmente son muy eficaces a la hora de asegurar que los mensajes no se puedan interceptar, existe una alternativa aún mejor: las tecnologías cuánticas. El proyecto de Carlos Antón Solanas empleará partículas de luz, llamadas fotones, cuyo comportamiento cuántico permite codificar la información y transmitirla de manera que cualquier intento de interceptarla se detecte inmediatamente.

“A veces hay cierta reticencia a reconocer que hay maneras más seguras que las actuales de transmitir la información”, declara el investigador, “pero para eso está la investigación fundamental: para mostrar que son posibles y viables a nivel comercial”.

Sin embargo, destaca Antón, “hay una barrera que está deteniendo el avance de las tecnologías cuánticas”. Esta barrera es el frío extremo que suelen requerir para que funcionen. Por eso Antón propone emplear fotones a temperatura ambiente de manera que se puedan transmitir no sólo en el laboratorio sino también, en una segunda etapa del proyecto, entre dos puntos del campus de la Universidad Autónoma de Madrid, donde él trabaja. Debido a la tecnología concreta que se propone emplear, espera obtener una “eficiencia récord” en la transmisión.

Su propuesta será, confía, un paso hacia delante para lograr que los datos más sensibles que empleamos en nuestra sociedad se envíen de forma inviolable, al menos dentro de la misma ciudad o del mismo país. “Estoy seguro de que de aquí a los próximos 10 o 20 años las tecnologías cuánticas empezarán a establecerse como una manera mucho más segura de transmitir la información”, afirma. Pero Antón sueña con ampliar el alcance de su investigación todavía más y establecer comunicaciones cuánticas entre continentes mediadas por satélites. “Va a requerir un esfuerzo grande a nivel ingeniero y de investigación fundamental”, advierte, pero no descarta que se consiga “a lo largo de este siglo”.

Clara Cuesta: Los “mensajes cósmicos” enviados por una estrella muerta

Los neutrinos son partículas fundamentales sin carga y apenas masa, que interactúan muy débilmente con la materia. Por ello, se consideran excelentes “mensajeros cósmicos” que pueden aportar información muy valiosa sobre el origen de los fenómenos astrofísicos. Desde esta óptica, el proyecto de Clara Cuesta se centra en la detección de los neutrinos producidos durante una supernova, es decir, la explosión que se produce cuando una estrella llega al final de su vida.

“La mayor parte de la energía producida por la muerte de una estrella se libera en forma de neutrinos”, explica Cuesta, “y estas partículas son las primeras capaces de escapar del núcleo de la supernova. Se tienen muy pocos datos sobre este fenómeno, ya que sólo se detectó una supernova de manera directa en la Tierra en 1987, y se espera que únicamente exploten unas pocas cada siglo. Los neutrinos nos pueden proporcionar mucha información sobre el interior de las estrellas”.

El experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) en EEUU será el próximo megaproyecto científico que cuenta entre sus objetivos con la detección de neutrinos de la explosión de una supernova.  Para conseguirlo, Cuesta se centrará en optimizar los fotosensores que captarán la luz producida al interaccionar los neutrinos de supernova con DUNE y validar su funcionamiento en los prototipos del CERN (Suiza) antes de su instalación en el proyecto de EEUU.

“Mi primer objetivo es generar conocimiento, algo imprescindible no solo para satisfacer la curiosidad humana y responder a nuestras preguntas fundamentales sobre el universo, sino para impulsar los grandes avances tecnológicos del futuro”, señala. “Aunque las aplicaciones directas se vean a más largo plazo, hay que apostar ahora por este tipo de investigación básica, porque si no, nunca las veremos. En su momento estudiamos la rotación de los planetas, y gracias a eso hoy tenemos satélites y teléfonos móviles”.

Héctor Gil Marín: En busca de pistas para comprender la energía oscura 

La comprensión actual del cosmos se rige por el modelo estándar de la cosmología LCDM, de sus siglas en inglés Lambda-Cold Dark Matter, propuesto a finales del siglo XX. Este modelo postula la existencia de un misterioso fluido, la energía oscura, que explicaría la expansión acelerada del universo. Según las observaciones más recientes, este fluido representa alrededor de un 69% del contenido de energía total del universo. Sin embargo, a pesar de ser el elemento dominante y clave para entender la evolución futura del cosmos, se conoce muy poco acerca de su dinámica o naturaleza.

“La energía oscura”, explica Héctor Gil Marín, “es una etiqueta para referirnos a algo que no sabemos lo que es, pero que necesitamos para explicar la expansión acelerada del universo. Durante sus primeros 6.000 millones de años, aproximadamente la primera mitad de su existencia, el universo se expandió de manera cada vez menos rápida, y esto lo podemos entender fácilmente como una consecuencia de la gravedad de las galaxias, que se atraen entre sí. Después, sin embargo, el universo empezó a expandirse de manera acelerada, y por ello postulamos la existencia de algo que contrarresta la fuerza de la gravedad y hace que el universo se expanda cada vez más rápidamente. La etiqueta que le ponemos a este fenómeno es la energía oscura y es uno de los grandes misterios de la física”.

En su proyecto, Gil Marín pretende arrojar luz sobre este enigmático componente del universo. Para lograrlo, combinará los últimos datos del cartografiado masivo de galaxias DESI (Dark Energy Survey Instrument) con las últimas y más novedosas técnicas de análisis, para maximizar el retorno de información y caracterizar las propiedades de la energía oscura con mayor precisión. “Lo que más me ilusiona”, asegura, “es la posibilidad descubrir algo que la teoría convencional no pueda explicar, y abra la puerta a una revolución en la física”.

Tobias Grass: Materiales cuánticos para cumplir un gran sueño de la física

Las máquinas de resonancia magnética o los aceleradores de partículas funcionan gracias a los superconductores, unos metales que transportan la corriente eléctrica sin ofrecer resistencia alguna. Actualmente, estos materiales sólo se vuelven superconductores a temperaturas extremadamente bajas, y diseñar materiales que puedan ser superconductores a temperatura ambiente es uno de los grandes sueños de la física desde mediados del siglo XX.

Sin embargo, las ecuaciones matemáticas que describen los candidatos más prometedores son demasiado complejas incluso para los mejores superordenadores disponibles actualmente. Por ello, para estudiar estos materiales se emplean simuladores cuánticos, que son materiales con propiedades análogas a los materiales bajo estudio pero que admiten un control mucho mayor. “Debido a las posibilidades que tenemos ahora para controlar los sistemas cuánticos, realmente podemos diseñar sistemas cuánticos a medida”, expone Tobias Grass.

Unos candidatos prometedores a superconductores de alta temperatura son metales en los que el comportamiento de cada una de las partículas que los constituyen depende de todas las demás. Una dependencia de tan largo alcance supone un reto para construir un simulador cuántico que permita estudiar estos metales, y las técnicas habituales no siempre funcionan.

En su proyecto, Grass propone emplear un simulador cuántico que contenga excitones, una especie de partículas cuyo comportamiento sí puede depender del de todas las demás. Además, este tipo de simulador cuántico es mucho más compacto que los tradicionales y, como indica el investigador, “es un campo muy joven, así que tiene el potencial de presentar beneficios que aún no conocemos”.

Su investigación se ocupará de la teoría, pero también plantea colaborar con dos grupos de investigación del CNRS en Niza (Francia) y el Joint Quantum Institute en Maryland (EEUU), para comprobar si sus conclusiones se aplican en la práctica y así desentrañar las claves de este elusivo fenómeno.

Gabriel Lozano Barbero: Nanomateriales que emiten luz

El investigador Gabriel Lozano Barbero estudia la luz y cómo manipularla. “Desde que empecé la tesis doctoral he trabajado con materiales que son capaces de controlar las propiedades de propagación de la luz, intentando desarrollar materiales que recolecten o generen luz”, explica.

Dentro de los materiales emisores de luz se enmarca el proyecto del investigador. En concreto, con los conocidos como materiales de luminiscencia persistente. “Son materiales que brillan en la oscuridad, como las estrellas que se pegan en el techo de los cuartos de los niños, algunas señales de emergencia o agujas de relojes”, concreta. “Desde un punto de vista más técnico, son materiales cristalinos con propiedades estructurales que permiten que se almacene la energía óptica. Durante el día, al recibir luz, se llenan de esa energía óptica y, cuando cesa esa excitación, son capaces de liberarla de forma gradual”.

Hasta ahora siempre han sido materiales másicos, es decir, polvos compuestos por partículas del orden de las decenas de micras. “Esto quiere decir que son grandes. Ahora existe la posibilidad de desarrollarlos en la nanoescala, lo que presenta ventajas y nuevos retos”, continúa Lozano. “A mí me interesa estudiar estos materiales de luminiscencia persistente y cómo modificar sus propiedades”. En este proyecto Lozano propone estudiar cómo influye el entorno óptico en la emisión persistente, ya que la luz que emite un material depende de su estructura cristalina y del índice de refracción del medio en el que se está emitiendo. Cuanto mayor es el índice de refracción de un medio, más lento viaja la luz en su interior. “Me planteo preparar láminas delgadas transparentes y cambiar su índice de refracción para estudiar cómo se ve afectada la luminiscencia persistente cuando estos nanomateriales se integran dentro de medios con mayor o menor densidad óptica”, añade.

Lozano señala que hay mucho interés en el desarrollo de estos nanomateriales para su uso en bioimagen, como sondas que puedan ser utilizadas dentro el cuerpo humano como marcadores capaces de iluminarse; o para el desarrollo de agentes contra la falsificación, como recubrimientos para billetes, pasaportes o etiquetas.

Alba María Paniagua Díaz: Gafas para corregir las cataratas sin cirugía

Alrededor del 70% de las personas mayores de 65 años sufre cataratas. Actualmente, la única solución es la cirugía, pero en los casos en los que esta no es posible, las cataratas acaban desembocando en ceguera. De hecho, la ceguera por las cataratas sin tratar representa el 51% de los casos de ceguera en todo el mundo.

Un cristalino sano es transparente, actúa a modo de lente y permite enfocar. Cuando se forma la catarata, las proteínas dentro del cristalino se agregan entre sí, lo que hace que la luz, al pasar, se disperse y el cristalino se nuble.

Aunque la cirugía funciona muy bien, no siempre es posible. Por ello, el proyecto de Alba María Paniagua busca desarrollar unas gafas inteligentes, similares a las usadas en aplicaciones de realidad aumentada, para la corrección no invasiva de las cataratas. “Con unos moduladores de cristal líquido, que modifican las propiedades de la luz, manipulamos la luz que llega al cristalino de manera que compensen las distorsiones que provocan las partículas del cristalino”, explica la investigadora. “Lo que hacemos es cambiar la dirección incidente de la luz de manera que ésta llegue correctamente a la retina”.

“Funcionan de la misma manera que unas gafas normales de miopía o astigmatismo. Primero tienes que saber cómo actúa el ojo: si tiene tres dioptrías de miopía, le ponemos delante una lente que lo compense”, añade. Además, estas gafas para las cataratas, al ser electrónicas, sólo habría que recalibrarlas según avance la catarata, pero no cambiarlas.

Hasta el momento, ya han realizado pruebas experimentales de concepto donde han demostrado correcciones de la luz en cristalinos humanos con cataratas. Aunque las gafas no podrán impedir el desarrollo natural de este trastorno ocular, la hipótesis de Paniagua es que servirán para mejorar la visión de los pacientes: “El objetivo sería que personas que no quieran operarse puedan vivir con estas gafas, o que aquellas donde la catarata sea muy severa y se recomiende la operación puedan tener mejor visión hasta el momento de la operación, y posiblemente después”. Los ensayos que se realizarán gracias a la Beca Leonardo permitirán comprobar todo el potencial de esta innovadora técnica frente a las cataratas.

Patricia Sánchez Lucas: Detectar neutrinos para averiguar el origen de la materia

Los neutrinos son partículas elementales que podrían aportar la clave para comprender uno de los mayores misterios del Universo: ¿por qué el mundo que nos rodea está hecho de materia y no vemos ni rastro de antimateria? “Justo después del Big Bang”, explica Patricia Sánchez Lucas, “creemos que se produjo la misma cantidad de materia y antimateria, pero llegó un momento en el que la materia se impuso y la antimateria desapareció. La explicación podría hallarse en el comportamiento de los neutrinos”. Para intentar comprender este fenómeno, se están construyendo colosales detectores de neutrinos en el experimento DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) en EEUU, donde se enmarca el proyecto de esta investigadora.

“El objetivo”, detalla Sánchez Lucas, “es intentar medir si el comportamiento de neutrinos y anti-neutrinos es el mismo al interaccionar con átomos de gas argón tras un viaje de más de 1.000 km desde un acelerador de partículas. Observar una mínima diferencia en la interacción de uno u otro podría aportar la clave para explicar por qué, en el principio de los tiempos, la materia le ganó la batalla a la anti-materia”.

En concreto, este proyecto busca mejorar hasta un 40% la precisión en la medición de la energía de estos procesos. “Lo que propongo con la Beca Leonardo”, explica, “es desarrollar un sensor nuevo para mejorar la capacidad de los detectores, un dispositivo que sea capaz de medir, de manera simultánea, tanto la luz como la carga que producen los neutrinos. Al contar con mucha más información, podremos comprender mejor el comportamiento de estas partículas”.

Para Sánchez Lucas. la posibilidad de resolver uno de los grandes enigmas sobre el origen de la materia en el universo no solo le resulta “un reto fascinante” de investigación básica, sino que además la tecnología desarrollada para mejorar la precisión de los sensores de neutrinos podría tener aplicaciones futuras en sectores industriales como la electrónica.

Comisión evaluadora de las Becas Leonardo de Física 2023

La comisión evaluadora ha estado presidida por José Cernicharo Quintanilla, profesor de Investigación en el Instituto de Física Fundamental, CSIC e integrada por Alejandro González Tudela, investigador científico en el Grupo de Investigación en Información Cuántica y Fundamentos de Teoría Cuántica (QUINFOG) del Instituto de Física Fundamental, CSIC; Carlos Hernández García, profesor titular en el Grupo de investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca; Laura Lechuga, profesora de Investigación CSIC en el Group Leader NanoBiosensors and Bioanalytical Applications Group del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), CSIC, BIST y CIBER-BBN; María José Martínez Pérez, investigadora distinguida CSIC en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), CSIC-Universidad de Zaragoza; Ángel Rubio Secades, director del Max Plank Institute for the Structure and Dynamics of Matter en Hamburgo (Alemania); y Eleonora Viezzer, profesora titular en el Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Sevilla.

Sobre la Red Leonardo: una comunidad de excelencia

Los siete seleccionados en esta segunda convocatoria especial dedicada a la Física amplían la Red Leonardo, una comunidad de excelencia que con la nueva edición alcanza ya un total de 551 investigadores y creadores. El programa ya ha invertido un total de 22,4 millones de euros, sumando esta convocatoria especial dedicada a la Física y la general de 2023 que se acaba de abrir.

El perfil medio de los integrantes de esa comunidad es el de personas en torno a los 40 años, en su gran mayoría con una amplia experiencia internacional pero que, por el desfavorable contexto del mercado de trabajo en un dilatado periodo, en bastantes casos no contaban, en el momento de acceder a la convocatoria, con una posición laboral estable. Particularmente para estos casos, formar parte de un colectivo distinguido con una beca altamente competitiva ha ampliado las oportunidades de consolidar o avanzar significativamente en su desarrollo profesional, contribuyendo a enriquecer a la sociedad a través de la investigación científica y la creación cultural.

La denominación de las becas de la Fundación BBVA apela a la inspiración de Leonardo da Vinci (1452-1519) como símbolo universal de la curiosidad y la pasión por el saber, la apertura y exploración continua de nuevos campos y problemas, así como el diálogo y realimentación entre los dominios de las ciencias de la naturaleza y de la vida, la tecnología, las humanidades y las artes, trasladando ese espíritu a las condiciones muy distintas del presente.

La Red Leonardo cuenta con un microsite con dominio propio en el espacio digital de la Fundación BBVA, que da cuenta puntual de los perfiles y los logros de sus integrantes.