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6/4/11 - DJ:

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Escritas en una libreta del físico holandés Heike Onnes el 8 de abril de 1911, esas palabras aluden a un descubrimiento del cual se cumplen 100 años. ¿Qué escribió Onnes? Resistirse a leer este artículo es fútil.


Onnes, junto a su colega Gilles Holst, descubrió la superconductividad, ese raro fenómeno de la física de materia condensada, al hallar que la resistencia del mercurio, enfriado a una temperatura menor a 4.2 K, caía prácticamente a cero.
Pero no fue hasta el año pasado que la fecha precisa del descubrimiento y la frase -que significa "mercurio cercano a cero"- se dio a conocer gracias al detectivesco trabajo de Peter Kes de la Universidad de Leiden.

En el último siglo, la elucidación de la estructura del ADN y otros descubrimientos podrían ser catalogados como los más importantes. Entre ellos seguramente estará la superconductividad y los superconductores.
Como en otras historias de la ciencia, el hallazgo fue un tanto serendípico, ya que no se proponían encontrar que la resistencia eléctrica pudiera estar ausente en determinadas condiciones. Pero sí se había establecido una carrera entre Heike Kamerlingh Onnes y el físico británico James Dewar por tratar de alcanzar una temperatura de cero absoluto al licuar gases. Onnes logró licuar helio al enfriarlo a 4.2 K, por lo que recibió el Nobel en 1913.
Pero los investigadores no querían alcanzar este logro por sí mismo solamente, sino que estaban interesados en cómo las propiedades de los materiales, en especial su conductividad eléctrica, cambiaría bajo condiciones criogénicas, basados en las conjeturas y experimentos de J. J. Thomson y Lord Kelvin de que la electricidad involucra el flujo de pequeñas, discretas y cargadas partículas.

¿Qué ocurriría con la resistencia de un metal inmerso en el helio líquido de Onnes? Los físicos tenían tres principales hipótesis: que la resistencia decrecería continuamente hacia cero; que se alcanzaría un valor crítico; o que los electrones serían finalmente capturados, llevando a una resistencia infinita.
Pero para saberlo, primero necesitaban una muestra de metal muy puro.
Gilles Holst, investigador en el Instituto de Onnes en Leiden, pensó que sería posible obtener semejante muestra al destilar repetidamente mercurio líquido para remover las impurezas. Se sugirió entonces poner el mercurio en un tubo capilar y sumergirlo en helio líquido. Y así fue en abril de 1911. Se dice que eso fue el día 8, pero la libreta de Onnes deja margen a dudas.
En la celebración del centenario del hallazgo haríamos a bien en recordar no sólo a Onnes, sino también a Gerrit Flim, Gilles Holst y Cornelius Dorsman quienes intervinieron en los experimentos.
Dirk van Delft y Peter Kes publicaron el año pasado una reconstrucción de los hechos basados en algunas de las libretas de anotaciones de Onnes.



¿Si la resistividad eléctrica decae hasta casi cero, ocurre lo mismo con el campo magnético?
Walter Meissner y Robert Ochsenfeld descubrieron en 1933 que el campo magnético se anula completamente en el interior del material superconductor. El efecto Meissner-Ochsenfeld luego fue explicado por los hermanos Fritz y Heinz London.

Se buscan superaplicaciones
El nivel de impacto de los descubrimientos científicos en la sociedad es variable. Quizás el más llamativo en este caso sea la levitación magnética aplicada a los trenes maglev de la línea Yamanashi de Japón.
Los cables y películas superconductores pueden transportar electricidad sin pérdidas como las que tenemos en los cables tradicionales de cobre.
La imagen por resonancia magnética se ha convertido en una de las herramientas de diagnóstico médico más usadas en el mundo y utiliza imanes superenfriados. Los aceleradores de partículas como el LHC hacen uso de enormes imanes enfriados con helio líquido, existen motores en los que los rotores se reemplazan por materiales superconductores, y los SQUIDs, dispositivos que se usan para medir campos magnéticos y que podrían ser usados para detectar alguna clase de materia oscura, o computadoras cuánticas, en nanotubos de carbono, son algunas de las aplicaciones de la supercondutividad.

Argentina no se resiste
La investigación en física en nuestro país no ha descuidado el estudio de este fenómeno. Vale citar al menos dos casos de profesionales reconocidos en la materia: el Dr. Francisco de la Cruz, quien recibió dos menciones y un premio de platino de la Fundación Konex (en 1993 y 2003) y el profesor Daniel Domínguez, receptor del Premio Gaviola de la Academia Nacional de Ciencias en 2005.
El primero dará una charla este viernes en el Instituto Balseiro-Centro Atómico Bariloche, justamente sobre el descubrimiento de la superconductividad.

Ese centro de investigación recibió un subsidio entre 1987 y 1997 para apoyar las investigaciones en superconductividad. Un informe al respecto se puede leer en la página de la Fundación Balseiro.


Magnetómetro SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) para realizar mediciones de propiedades magnéticas de sólidos. Este equipo único en Argentina permite medir variaciones muy pequeñas de magnetización de muestras desde temperaturas de 1.5 K hasta 450 K y campos magnéticos de hasta 50000 Gauss.


Número especial de Physics World
La aclamada revista de física ha puesto a disposición del público un número especial sobre superconductividad. Se puede leer al respecto en el blog de la publicación.
Lo que contamos aquí es sólo una síntesis, muy acotada, de una rica historia de experimentación que invito al público a descubrir con mayor profundidad a través de la frondosa bibliografía existente.



Glosario Superconductor
Par de Cooper: En 1956 Leon Cooper mostró que una atracción entre electrones en un metal puede causar un estado de paridad de electrones, comportándose como si se atrajeran, a pesar de tener carga de igual signo, debido a la interacción en una red de iones positivos del metal.

Teoría BCS: Basándose en los pares de Cooper, en 1957, John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer propusieron la teoría que lleva como nombre la primera letra del apellido de los tres. En 1972 recibieron el Nobel de Física por este aporte.

Uniones de Josephson: En 1962, Brian Josephson predijo que aparecería una corriente eléctrica entre dos superconductores separados por un aislante. Por ese trabajo recibió el Nobel de física en 1973.

SQUID: Acrónimo en inglés que significa Dispositivos superconductores de interferencia cuántica. Desarrollados a partir del concepto de la unión de Josephson, permiten medir campos magnéticos muy pequeños.

YBCO es la sigla del nombre inglés Yttrium Barium Copper Oxide que denomina un material cerámico compuesto de óxidos de itrio, bario y cobre con propiedades de superconductor a temperaturas relativamente altas (94 Kelvin).

Superconductores de alta temperatura: aquellos cuya temperatura crítica es superior a la temperatura de ebullición del nitrógeno (es decir, superior a 77 K). Todos ellos son distintos óxidos de cobre, bario e itrio (YBCO).
Este tipo de superconductividad fue descubierta en 1986 por Karl Müller y Johannes Bednorz, quienes obtuvieron el Premio Nobel de Física en 1987.

Todavía no hay una teoría que permita comprender por qué ocurre este fenómeno a esas temperaturas.

Póster de Physics World (traducido) con los eventos más importantes sobre superconductividad desde 1911



Nota escrita para el XVIII Carnaval de la física, en esta edición hospedado por La aventura de la ciencia. Para unirse y leer las entradas existe una red social en Ning.



Fuentes y links relacionados

  • The discovery of superconductivity
    Physics Today - September 2010
    Dirk van Delft, Leiden University, Netherlands
    Peter Kes, Kamerlingh Onnes Laboratory
    DOI: 10.1063/1.3490499
  • Superconductivity, a very short introduction
    Stephen Blundell
    Oxford University Press, 229
    ISBN 978–0–19–954090–7
  • Physics World, Volumen 24, número 4, abril 2011: The first 100 years, de Matin Durrani pp 17; Fantastic five, pp 23.


Sobre las imágenes

  • Magnetómetro SQUID. Crédito: Fundación Balseiro.
  • Póster Superconducitivad a los 100 (izquierda a derecha): Physics Today Collection/American Institute of Physics/Science Photo Library; Wikimedia Commons; Eye of Science/Science Photo Library; University of Birmingham Consor tium on High Tc Superconductors/
    Science Photo Library; Y Kohsaka/Cornell University/RIKEN; Emilio Segrè Visual Archives/American Institute of Physics/Science Photo Library; Supercond. Sci. Technol. 21 125028


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1 comentario:

  1. Anónimo09:06

    Supercon...influencia en la sociedad occidental tecnológica ...

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