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Jueves 7 de Abril de 2011
Proponen que podría existir superconducción el vacío si hay campos magnéticos extremadamente intensos. Tal día como hoy, un 8 de abril de 1911, fue descubierta la superconductividad por Heike Kamerlingh Onnes en Leiden (Holanda), algo por lo que recibió premio Nobel un par de años más tarde. Los del comité Noble desgraciadamente se olvidaron del verdadero descubridor del fenómeno, y que fue o fueron los colaboradores de este señor. El resultado era tan difícil de creer que cuando fue presentado a Heike éste no terminaba de creérselo. Aunque al final no tuvo más remedio que admitirlo.
La superconductividad era real y la materia, en ese caso una columna de mercurio, pasaba a un nuevo estado en el que no presentaba ninguna resistencia al paso de la corriente eléctrica, cosa que ocurría si la temperatura estaba cercana al cero absoluto. Se esperaba que según bajara la temperatura la resistencia eléctrica disminuyera linealmente hasta llegar a cero en el cero absoluto, pero lo que se observó fue que antes de llegar a ese punto la resistencia caía súbitamente a cero, justo a unos pocos grados kelvin sobre el cero absoluto. Esto era algo absolutamente increíble.
La investigación que se hizo posteriormente a ese hallazgo descubrió que había otros elementos y compuestos que eran también superconductores, aunque siempre a muy baja temperatura. Hubo que esperar hasta 1957 y la teoría BCS para explicar adecuadamente el efecto.
Este fenómeno se debe a que los electrones que circulan por el superconductor forman un condensado según éstos se mueven por la red cristalina. Un electrón altera esta red con su movimiento y otro electrón se ve atraído por esa deformación de la red. Como consecuencia ambos electrones se emparejan a través de un fonón (o cuanto de la vibración de la red) formando un par de Cooper. El tamaño de estos pares es tal que permite englobar a varios pares y como resultado se produce un condensado que se mueve como una única entidad que no experimenta resistencia alguna, es un todo que avanza a través de la red cristalina.
Las siglas BCS corresponden a Bardeen, Cooper y Schrieffer. Directores de tesis unos de otros y ganadores del premio Nobel de Física en 1972. Bardeen ya había recibido el Nobel en 1956 por el descubrimiento del transistor. Pese a que es casi imposible concebir el mundo moderno sin transistores y sin superconducción pocos se acuerdan de Bardeen.
Más tarde, en los ochenta, se descubrieron los superconductores de “alta” temperatura, que presentan una resistencia nula al paso de la corriente a 30K o más, con lo que sólo se necesitaba nitrógeno líquido para ver el fenómeno. Todavía, a día de hoy, no se ha conseguido una explicación convincente al fenómeno la superconductividad de alta temperatura y seguimos soñando con la superconducción a temperatura ambiente, de momento relegada a las novelas de ciencia ficción.
Ahora, Maxim Chernodub de la Université François-Rabelais Tours (Francia) propone en un artículo aparecido en Physical Review Letters una teoría según la cual es posible que exista superconducción en el vacío. Esto podría explicar el origen de campos magnéticos extensos en el Cosmos. La idea, obviamente, es bastante especulativa.
Esta superconducción se daría a lo largo de fuertes líneas de campo magnético y una de sus características es que sobreviviría a muy altas temperaturas, quizás incluso a miles de millones de grados. Otra sería que no necesitaría ningún tipo de material que le diera soporte.
Las cargas para esta superconducción serían proporcionadas por el propio vacío, ya que según la Mecánica Cuántica pueden aparecer todo tipo partículas virtuales en él, incluyendo partículas cargadas.
El principio de incertidumbre permite la aparición momentánea de tales partículas como puedan ser pares de electrón-positrón. También puede permitir la aparición de quarks virtuales y Chernodub cree que un campo magnético lo suficientemente fuerte puede forzar a estos quarks a moverse por las líneas de campo e impedir su aniquilación con su correspondiente antiquark. Entonces, por ejemplo, un quark arriba y uno abajo podrían formar un mesón $rho; que sería estable en el tiempo y que se movería libremente y sin resistencia como si estuviera en un superconductor. La idea recuerda vagamente al mecanismo de evaporación de agujeros negros propuesto en su día por Hawking.
Los cálculos de cromodinámica cuántica realizados por este investigador sugieren que el campo magnético tendría que tener una intensidad de 1016 Tesla. Recordemos que el Tesla es una unidad gigantesca y que por tanto es inimaginable obtener esa intensidad de campo en el laboratorio. Lo máximo que se ha conseguido es unos 30 T. Pero incluso las estrella de neutrones sólo llegarían a unos “meros” 1010 Tesla, es decir, un millón de veces por debajo de lo requerido.
Aún así Chernodub cree que en los colisionadores de partículas como en el LHC o en el RHIC de Brookhaven National Laboratory se podría crear esas condiciones durante una fracción de 10-24 segundos. Algo que dejaría una huella de mesones ρ que sería medible.
Otros investigadores encuentran la idea interesante y que merece la pena estudiarlo, pero ven complicado que se pueda observar.
Chernodub también sugiere que durante el Big Bang quizás se dieron las condiciones necesarias para la superconducción del vacío y que quizás esto sea el origen de los misteriosos campos magnéticos que se ven a lo largo del Universo hoy en día. “Suena a idea loca, pero ¿y si es verdad?”, añade.
Al menos a nosotros nos ha servido de excusa para hablar de la superconducción y homenajearla en su primer centenario.
NEOFRONTERAS
Proponen que podría existir superconducción el vacío si hay campos magnéticos extremadamente intensos. Tal día como hoy, un 8 de abril de 1911, fue descubierta la superconductividad por Heike Kamerlingh Onnes en Leiden (Holanda), algo por lo que recibió premio Nobel un par de años más tarde. Los del comité Noble desgraciadamente se olvidaron del verdadero descubridor del fenómeno, y que fue o fueron los colaboradores de este señor. El resultado era tan difícil de creer que cuando fue presentado a Heike éste no terminaba de creérselo. Aunque al final no tuvo más remedio que admitirlo.
La superconductividad era real y la materia, en ese caso una columna de mercurio, pasaba a un nuevo estado en el que no presentaba ninguna resistencia al paso de la corriente eléctrica, cosa que ocurría si la temperatura estaba cercana al cero absoluto. Se esperaba que según bajara la temperatura la resistencia eléctrica disminuyera linealmente hasta llegar a cero en el cero absoluto, pero lo que se observó fue que antes de llegar a ese punto la resistencia caía súbitamente a cero, justo a unos pocos grados kelvin sobre el cero absoluto. Esto era algo absolutamente increíble.
La investigación que se hizo posteriormente a ese hallazgo descubrió que había otros elementos y compuestos que eran también superconductores, aunque siempre a muy baja temperatura. Hubo que esperar hasta 1957 y la teoría BCS para explicar adecuadamente el efecto.
Este fenómeno se debe a que los electrones que circulan por el superconductor forman un condensado según éstos se mueven por la red cristalina. Un electrón altera esta red con su movimiento y otro electrón se ve atraído por esa deformación de la red. Como consecuencia ambos electrones se emparejan a través de un fonón (o cuanto de la vibración de la red) formando un par de Cooper. El tamaño de estos pares es tal que permite englobar a varios pares y como resultado se produce un condensado que se mueve como una única entidad que no experimenta resistencia alguna, es un todo que avanza a través de la red cristalina.
Las siglas BCS corresponden a Bardeen, Cooper y Schrieffer. Directores de tesis unos de otros y ganadores del premio Nobel de Física en 1972. Bardeen ya había recibido el Nobel en 1956 por el descubrimiento del transistor. Pese a que es casi imposible concebir el mundo moderno sin transistores y sin superconducción pocos se acuerdan de Bardeen.
Más tarde, en los ochenta, se descubrieron los superconductores de “alta” temperatura, que presentan una resistencia nula al paso de la corriente a 30K o más, con lo que sólo se necesitaba nitrógeno líquido para ver el fenómeno. Todavía, a día de hoy, no se ha conseguido una explicación convincente al fenómeno la superconductividad de alta temperatura y seguimos soñando con la superconducción a temperatura ambiente, de momento relegada a las novelas de ciencia ficción.
Ahora, Maxim Chernodub de la Université François-Rabelais Tours (Francia) propone en un artículo aparecido en Physical Review Letters una teoría según la cual es posible que exista superconducción en el vacío. Esto podría explicar el origen de campos magnéticos extensos en el Cosmos. La idea, obviamente, es bastante especulativa.
Esta superconducción se daría a lo largo de fuertes líneas de campo magnético y una de sus características es que sobreviviría a muy altas temperaturas, quizás incluso a miles de millones de grados. Otra sería que no necesitaría ningún tipo de material que le diera soporte.
Las cargas para esta superconducción serían proporcionadas por el propio vacío, ya que según la Mecánica Cuántica pueden aparecer todo tipo partículas virtuales en él, incluyendo partículas cargadas.
El principio de incertidumbre permite la aparición momentánea de tales partículas como puedan ser pares de electrón-positrón. También puede permitir la aparición de quarks virtuales y Chernodub cree que un campo magnético lo suficientemente fuerte puede forzar a estos quarks a moverse por las líneas de campo e impedir su aniquilación con su correspondiente antiquark. Entonces, por ejemplo, un quark arriba y uno abajo podrían formar un mesón $rho; que sería estable en el tiempo y que se movería libremente y sin resistencia como si estuviera en un superconductor. La idea recuerda vagamente al mecanismo de evaporación de agujeros negros propuesto en su día por Hawking.
Los cálculos de cromodinámica cuántica realizados por este investigador sugieren que el campo magnético tendría que tener una intensidad de 1016 Tesla. Recordemos que el Tesla es una unidad gigantesca y que por tanto es inimaginable obtener esa intensidad de campo en el laboratorio. Lo máximo que se ha conseguido es unos 30 T. Pero incluso las estrella de neutrones sólo llegarían a unos “meros” 1010 Tesla, es decir, un millón de veces por debajo de lo requerido.
Aún así Chernodub cree que en los colisionadores de partículas como en el LHC o en el RHIC de Brookhaven National Laboratory se podría crear esas condiciones durante una fracción de 10-24 segundos. Algo que dejaría una huella de mesones ρ que sería medible.
Otros investigadores encuentran la idea interesante y que merece la pena estudiarlo, pero ven complicado que se pueda observar.
Chernodub también sugiere que durante el Big Bang quizás se dieron las condiciones necesarias para la superconducción del vacío y que quizás esto sea el origen de los misteriosos campos magnéticos que se ven a lo largo del Universo hoy en día. “Suena a idea loca, pero ¿y si es verdad?”, añade.
Al menos a nosotros nos ha servido de excusa para hablar de la superconducción y homenajearla en su primer centenario.
NEOFRONTERAS
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