Nuevos desarrollos en superconductividad

El fenómeno de la superconductividad -igual que el de la observación de líneas espectrales atómicas y el del ferromagnetismo- es un fenómeno que solo puede ser explicado a partir de la teoría cuántica.

sábado, 27 de noviembre de 2021 · 00:00

El fenómeno de la superconductividad -igual que el de la observación de líneas espectrales atómicas y el del ferromagnetismo- es un fenómeno que solo puede ser explicado a partir de la teoría cuántica.

Este fenómeno consiste en la ausencia de resistencia eléctrica para la transmisión de corriente eléctrica. Las consecuencias prácticas de esto para la industria son gigantescas. Basta considerar que la industria eléctrica enfocada a la generación de energía pierde hasta el quince por ciento del total de energía producida en las líneas de transmisión convencionales.

Si se pudieran evitar esas pérdidas -usando líneas de transmisión superconductoras- el resultado inmediato sería que varias plantas de generación de energía podrían simplemente apagarse pues serían innecesarias, o se podría emplear esa energía para otros fines, sin afectar la vida industrial, económica y social del mundo o de un país cualquiera. El ahorro sería enorme. Normalmente en un conductor la resistencia disminuye con la temperatura sin embargo en un superconductor al disminuir la temperatura y alcanzar un valor crítico, se da una transición abrupta en donde la resistencia eléctrica desaparece.

Este fenómeno fue descubierto en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes. Las teorías para explicarlo se dieron varias décadas más tarde primero en 1950 por una teoría fenomenológica elaborada por los físicos soviéticos Lev Landau y Vitali Ginzburg y posteriormente en 1957 por una teoría totalmente cuántica proporcionada por Bardeen, Cooper y Schrieffer, conocida como teoría BCS.

Esta teoría explica la corriente superconductora como un superfluido no de electrones individuales sino de pares de electrones, llamados "pares de Cooper", estos pares interaccionan entre ellos a través del intercambio de fotones o cuántos energéticos, sin embargo, estos pares no interaccionan con la red atómica del material y por tanto pueden transportar su carga sin ninguna perdida de energía.  Los autores de esta teoría recibieron el premio Nobel en 1972.

Mientras que en 1959 el físico Lev Gorkov mostro que la teoría BCS se reduce a la teoría de Ginzburg-Landau a temperaturas cercanas a la temperatura superconductora crítica lo cual fue un paso muy importante pues la teoría de Ginzburg-Landau es más sencilla de manejar que la de BCS.  Todo parece que este panorama será sustancialmente modificado a partir de los más recientes desarrollos y será necesario refinar estas teorías con objeto de incorporar la interacción entre cuatro electrones y no solo pares de dos electrones, como fue mostrado en el artículo "State with spontaneously broken time-reversal symmetry above the superconducting phase transition" recientemente publicado en el revista Nature Physics, Vol.17, November 2021, 12541259, por un grupo internacional de investigadores. 

El físico Hans-Henning Klauss de la Universidad de Dresden en Alemania y director del proyecto, subraya las aplicaciones de la superconductividad entre las cuales se encuentran los más poderosos electroimanes, las máquinas de resonancia magnética, los espectrómetros de masas, los imanes de aceleradores de partículas, los imanes en dispositivos para confinamiento de plasmas como los Tokamaks, en turbinas de viento de última generación, en la construcción de computadoras usando interruptores criogénicos y desde luego, las líneas de transmisión eléctrica, así como en innumerables instrumentos de diagnóstico médico.

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