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Joel Yuen-Zhou dedica su tiempo a resolver rompecabezas científicos y desarrollar nuevas formas de controlar las reacciones químicas usando efectos cuánticos. Este químico teórico de la Universidad de California, San Diego, dice que decidió a qué dedicarse gracias a una serie de coincidencias durante su infancia.
Ficha
Ciudad natal: Ciudad de México
Educación: Licenciado en Química y Matemáticas, Instituto de Tecnología de Massachusetts, 2007; Doctor en Química-Física, Universidad de Harvard, 2012
Puesto actual: Profesor asociado en la Universidad de California San Diego
Consejo profesional: Intenta no estar demasiado ocupado, sino las ideas buenas nunca llegarán.
Algo que te recuerde a casa: Extraño el pan dulce mexicano.
Libros favoritos:En la tierra somos fugazmente grandiosos (On Earth We’re Briefly Gorgeous), de Ocean Vuong; Imperio, de Héctor Zagal
Soy: Asiático-latino y gay
Sin embargo, de niño, Yuen-Zhou tenía asumido que acabaría trabajando en algo aburrido, donde no disfrutaría. Sus padres, que emigraron de China a México, no habían terminado los estudios secundarios y, quizás por eso, desconocían muchos de los caminos profesionales que podría seguir su hijo. Pensaban solamente en oficios conocidos: arquitecto, dentista, explica Yuen-Zhou. Pero ninguna de estas opciones le atraían lo más mínimo.
Por suerte, todo cambió cuando se apuntó a un concurso de matemáticas con catorce años. Le gustó tanto que, poco después, se apuntó a otro concurso, esta vez sobre química, la primera de muchas competiciones de este estilo en las que participaría.
En una de las olimpiadas de química, conoció a varios mentores que supieron ver todo su potencial y le animaron a perseguir esa pasión por la ciencia. Así que decidió entretenerse resolviendo problemas moleculares, que encontraba muy divertidos. “Y sigo haciendo esto mismo a día de hoy, creo que soy muy afortunado,” dice Yuen-Zhou.
Yuen-Zhou se dedica a investigar un nuevo tipo de química, acelerada por la luz. Usa cálculos teóricos para simular y modelar el comportamiento y las interacciones de las moléculas dentro de una cavidad óptica, un espacio minúsculo rodeado de espejos separados por apenas unos nanómetros. Estas cavidades atrapan fotones forzándolos a rebotar y rebotar en los espejos. Entonces, cuando su equipo introduce una molécula que absorbe luz dentro, esta absorbe los fotones saltarines y genera lo que Yuen-Zhou llama “un intercambio de energía continuo, entre la luz y la materia.” Bajo estas condiciones experimentales aparecen efectos cuánticos: la luz y la materia se convierten en especies indistinguibles la una de la otra y se crea un estado híbrido conocido como polaritón.
Las moléculas que generan polaritones interactúan con los fotones saltarines una y otra vez. Este fenómeno crea unas dinámicas muy distintas a las observadas habitualmente por los químicos en moléculas foto-excitadas. En los polaritones, “creas nuevos estados energéticos, muy distintos de los que podrías conseguir fuera de la cavidad óptica,” dice Yuen-Zhou. En las últimas décadas, los investigadores han aprovechado estos estados para modificar la conductividad, la reactividad y otras propiedades de los compuestos químicos.
Yuen-Zhou y su grupo llevan tiempo expandiendo las posibilidades de los polaritones en investigación, explica Raphael F. Ribeiro, un químico teórico de la Universidad de Emory que hizo un postdoc en el laboratorio de Yuen-Zhou. En 2019, los dos científicos publicaron un estudio teórico que sugería que las cavidades ópticas pueden provocar reacciones entre dos moléculas, aunque estas nunca lleguen a tocarse físicamente. Por ejemplo, cuando se insertan ácido glioxílico y cis-nitros en dos cavidades ópticas adyacentes, que comparten un espejo central, los fotones actúan como un cable que conecta los dos sistemas y, como consecuencia, provocan la isomerización del ácido nitroso (Chem 2019, DOI: 10.1016/j.chempr.2019.02.009).
Desde entonces, varios colaboradores experimentales han demostrado este concepto en el laboratorio, explica Yuen-Zhou, lo que demuestra que este tipo de comunicación entre moléculas, donde “hablan entre ellas” durante una reacción, sólo es posible con polaritones. En un futuro, añade, este tipo de reactores podrían ayudar a los químicos sintéticos a mejorar la eficacia de las reacciones o, incluso, a romper enlaces que de otra forma serían indestructibles.
Pero, probablemente por la novedad de muchos de estos experimentos para provocar a los polaritones y estudiar sus aplicaciones, muchos químicos se preguntan: “¿será verdad? ¿Es real todo esto?” dice Keith A. Nelson, químico del Instituto de Tecnología de Massachusetts y colaborador de Yuen-Zhou desde hace mucho tiempo. Con el desarrollo de modelos matemáticos y algoritmos informáticos que los investigadores pueden aplicar para entender y modelar sus observaciones experimentales, “Joel ha desempeñado un papel fundamental en intentar comprender estos fenómenos.”
Fui testigo de un ambiente que permitía la colaboración entre gente de perfiles muy diferentes, con intereses y creencias diversas.
Ribeiro dice que le atrajo el trabajo de Yuen-Zhou porque su investigación era muy interesante, “yendo más allá de las fronteras de la química”.
Además de toda esta investigación de vanguardia, Yuen-Zhou contribuye a la comunidad química de muchas otras formas. Ribeiro recalca que Yuen-Zhou siempre tiene en cuenta muchos de los sesgos del mundo académico contra personas de comunidades marginalizadas, el colectivo LGBTQ+ y otros grupos minoritarios, y trata de evitarlos y derribarlos. Por ejemplo, al organizar conferencias, Yuen-Zhou se asegura de que los ponentes invitados tengan perfiles diversos y equilibrados. Cuando Ribeiro todavía estaba en el laboratorio, a menudo pensaban estrategias para evitar estos sesgos en reuniones de grupo y conversaciones personales.
Credit: Elisa Ferrari Photography
Joel Yuen-Zhou utiliza cálculos teóricos para estudiar nuevas formas de controlar reacciones químicas.
La pasión por la inclusividad de Yuen-Zhou está motivada, en parte, por su propia historia como Latino-asiático en México. “No hay demasiados chinos en Latinoamérica,” dice. “Sufrí bastante acoso escolar, muchas veces racista, en el colegio.”
Las olimpiadas de química fueron un refugio de esa realidad racista. “Fui testigo de un ambiente que permitía la colaboración entre gente de perfiles muy diferentes, con intereses y creencias diversas,” dice. En la Universidad de California San Diego, Yuen-Zhou tiene la oportunidad de guiar a sus estudiantes, muchos de ellos asiáticos y latinoamericanos. Espera poder inspirarlos a estudiar química, como sus mentores le inspiraron en su día.
“Mis mentores fueron muy generosos, dedicándome tiempo y esfuerzo; fue algo que impactó mi vida de forma muy positiva,” dice. Para devolver el favor, quiere usar su posición para inspirar y empoderar a la nueva generación de científicos.
Traducido al español por Fernando Gomollón Bel para C&EN, con revisiones de César A. Urbina-Blanco. La versión original (en inglés) de este artículo se publicó el 20 de septiembre de 2024.
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