Una nueva pieza en el rompecabezas de la física

La revista Science Daily (31/12/2007) informó sobre un importante descubrimiento en el mundo de la física, el cual aporta un significativo esclarecimiento de lo que ocurre con los electrones en el fenómeno de la superconductividad. La investigación la realizó un equipo de físicos de la universidad de Boston, dirigido por el profesor Vidya Madhavan.

           

Sin embargo, ¿qué es la superconductividad? Una visión del pasado nos ayuda a tener un concepto más global de este hecho. En efecto, encontrar los medios para “canalizar” la energía existente en la materia y así viabilizar la cultura actual, con todos sus aparatos, manufacturas y tecnologías, ha sido un trabajo conceptual y mecánico de más de 15 siglos: desde el ámbar de Tales de Mileto hasta la cometa de Benjamín Franklin. La electricidad se genera cuando los electrones no están firmemente adheridos a su núcleo, lo cual permite que, ante una diferencia de potencial, los electrones transiten de un átomo a otro produciendo el desplazamiento de energía. Sin embargo, en ese desplazamiento los electrones encuentran alguna resistencia, ocasionada tanto por los núcleos atómicos como por los electrones.

Pero la aventura de la electricidad no ha llegado a su fin en la forma que conocemos, sino que ahora los físicos trabajan para lograr pérdidas de energía muy reducidas.

Un paso decisivo en esa dirección lo dio el físico holandés Heike K. Onnes en 1911, cuando descubrió la superconductividad. Lo que él hizo fue bajar la temperatura a -273^oC y logró un valor de resistencia cercano a cero. Ahí comenzó el nuevo concepto de energía: la superconducción.

  Lo nuevo de lo reciente

Sin embargo, el camino no fue corto y después de varias décadas parecía que las investigaciones en este campo ya habían agotado las posibilidades de nuevos descubrimientos. Recién en la década de los cincuenta, Leon N. Cooper y otros científicos estadounidenses aportaron decisivos esclarecimientos teóricos sobre el asunto. A mediados de los ochenta se descubrieron materiales cerámicos que necesitan enfriarse sólo a -160 °C para ser superconductores. En el 2003 la academia sueca otorgó el Nobel de Física a Alexei Abrikosov, Vitali Ginzburg y Anthony J. Leggett, por sus aportes a la superconductividad y superfluidez, aunque fue en mérito a sus trabajos de los años cincuenta.

Han transcurrido 20 años desde el descubrimiento de los materiales superconductores de alta temperatura (en realidad -160 °C), y todavía siguen siendo un misterio en muchos aspectos. “Aunque ya existen algunas teorías, aún estamos lejos de comprender el fenómeno en su totalidad. Cada cierto tiempo se reportan nuevas características y se manifiestan en sistemas que inicialmente se creían antagónicos, haciendo de éste un fenómeno complejo y fascinante”, sostiene el físico Bram Willems, de la Katholieke Universiteit Leuven (Bélgica).

Sobre todo, el objetivo es encontrar dispositivos y materiales para generar superconductividad a temperatura ambiente, ya que enfriar los materiales a -160 °C o más resulta muy costoso. En ese sentido, el experimento del profesor Madhavan constituye otra pieza importante del rompecabezas en ese largo camino, aunque por el momento sólo se trate de una realización experimental. El equipo de Madhavan ha identificado una huella cuántica conocida como spin, la cual explicaría ciertos procesos de la física en el nivel atómico. “El hecho de que exista esta huella es importante porque constituye un candidato potencial para ser el ‘pegamento’ que une a los electrones en un estado de superconductividad de alta temperatura”, dijo Madhavan.

Además, el método usado –“scanning tunneling microscopy”– ha encontrado una nueva familia de superconductores. La mayoría de los materiales estudiados hasta ahora eran los llamados “hole-doped”, lo cual significaba que los electrones eran removidos de su lugar en la superconductividad, pero ahora se cree que hay otro grupo de materiales conocidos como “lectron-doped”, en donde los electrones no son quitados sino añadidos para obtener el mismo resultado. Los científicos sospechan que los electrones en ambos materiales tienen similar función, aunque no hay muchas investigaciones en este campo que confirmen la hipótesis. Sin embargo, Science Daily concluye que “en el ámbito de la superconductividad, los pequeños descubrimientos son importantes, ya que permiten avanzar gradualmente hacia el descubrimiento de una teoría microscópica que pueda explicar la superconductividad”, y su consiguiente aplicación industrial.

  Usos y usanzas

 ¿Qué posibilidades tecnológicas se abren con los materiales superconductores? Su aplicación sería muy variada y de grandes implicancias. El profesor Willems menciona que entre el abanico de aplicaciones tecnológicas concretas podemos mencionar “el uso de bobinas en los sistemas de resonancia magnética usados en hospitales, trenes de levitación magnética, sensores de alta resolución como el SQUID” (aparato de interferencia cuántica muy usado en la comunidad científica). Una de las aplicaciones más novedosas que tendría el SQUID en los próximos años sería en el biomagnetismo, que permitiría medir la fuente de pequeñísimos campos magnéticos generados por el cerebro y así poder identificar y tratar oportunamente muchas enfermedades. Asimismo, el desarrollo de la superconductividad permitiría generar temperaturas similares a las de la superficie solar, “ello será decisivo para la construcción de la primera estación de fusión nuclear que se construirá en Francia”, acota Willems. Lo anterior permitirá producir electricidad a partir de la energía nuclear, reduciendo significativamente los desechos nucleares.

No hay duda de que las configuraciones técnicas de la actual civilización, ahora ya no sólo occidental, constituyen una especie de segunda naturaleza, en la que los nuevos materiales son como nuevas especies descubiertas, aunque más propiamente podemos decir “especies creadas”, las cuales no sólo llegarán a la medicina y a los buenos propósitos, sino también a la guerra. ¿Problema de la tecnología o problema del hombre?