Nel 1908 l’olandese Kamerlingh Onnes raffreddò l’elio al di sotto del suo punto di ebollizione (-269 ° C), appena quattro gradi sopra lo zero assoluto (4K). Tre anni più tardi osservò che quando si utilizzava elio liquido per raffreddare il mercurio, la resistenza elettrica del metallo scompariva, permettendo alla corrente di fluire molto più agevolmente. Veniva scoperta così la superconduttività.
Le implicazioni di questa scoperta sembravano a dir poco rivoluzionarie: cavi elettrici, generatori e motori più potenti, levitazione magnetica ed una miriade di altre meraviglie tecnologiche. Da allora quelle speranze sono state deluse.
Un centinaio di anni dopo, i superconduttori hanno trovato ampio utilizzo in una sola tecnologia, la risonanza magnetica, che consente ai medici di analizzare l’interno dei corpi dei pazienti. Questa condizione può essere destinata a cambiare, se i materiali che conservano le loro notevoli proprietà alle alte temperature cominciano ad essere messi al lavoro, dove Kamerlingh Onnes pensava di destinarli: nel generare e trasmettere elettricità senza resistenza.
Un elettrone, passando vicino ad un altro, viene respinto verso gli ioni. Invece se si raffredda abbastanza il metallo questa repulsione diventa sufficientemente debole da cambiare in una leggera attrazione, formando le coppie di Cooper. Una volta accoppiati, gli elettroni smettono di comportarsi come normali particelle di materia ed entrano in uno stato quantico in cui diventano ignari degli ioni, e non perdono energia urtando contro di loro. La corrente può passare senza incontrare resistenza. Per formare le coppie di Cooper occorre raggiungere temperature di circa 30 ° K, o -243 ° C.
L’unico modo per raggiungere temperature così basse, comporta il costoso impiego di liquefazione dell’elio. A bassa temperatura, i superconduttori sono usati solo in dispositivi in cui non esiste un sostituto per le loro straordinarie proprietà. Nella risonanza magnetica per ottenere un’immagine più nitida ed una scansione più veloce. Oppure sono indispensabili nei potenti magneti per la fisica delle alte energie. Il Large Hadron Collider (LHC), l’acceleratore di particelle più grande al mondo utilizza 1.200 tonnellate di superconduttori, simili a quelli usati in risonanza magnetica, per accelerare protoni fino quasi alla velocità della luce e scontrarli all’interno di grandi rivelatori di materiali superconduttori.
Nel 1986 Georg Bednorz e Alexander Müller hanno scoperto che un materiale ceramico si comportava come un superconduttore a 35 °K. Questa temperatura permette di impegare l’azoto, più facilmente recuperabile e trattabile a prezzi meno costosi.
Commenti
