Superconductors i levitació magnètica

L’any 1911, el físic holandès Heike Onnes va descobrir en el laboratori que al refredar un metall a una temperatura crítica, la resistència elèctrica d’aquest passava a ser nul·la, és a dir, que l’electricitat podia ser conduïda pel seu interior sense cap tipus de resistència. Onnes va realitzar aquest experiment amb el mercuri, però posteriorment  va concloure que aquest fet insòlit es donava en qualsevol metall.

Actualment, tots els materials que poden conduir l’electricitat sense cap tipus de resistència s’anomenen “superconductors”. Aquests són relativament fàcils d’aconseguir en el laboratori, ja que tan sols cal refredar un metall pel voltant dels 20 k (aproximadament -253ºc). La raó per la qual un metall deixa de presentar resistència envers els corrents elèctrics que puguin passar pel seu interior al ser refredat és força simple: els físics estableixen que les vibracions aleatòries dels àtoms dels metalls dificulten el pas d’electrons, no obstant, al reduir la temperatura d’aquests, els moviments aleatoris es van reduint i l’electricitat flueix amb menor resistència (o, com ja hem vist, si la temperatura és la considerada “crítica”, els electrons flueixen amb resistència nul·la).

A prop del moviment perpetu

Una de les conseqüències de la resistència cero és que un flux elèctric pot fluir en un superconductor per una quantitat de temps enorme. De fet, en els laboratoris s’han aconseguit mantenir corrents elèctrics en circulació durant molts anys, i els científics estimen que el període de temps en què un corrent elèctric pot circular per un superconductor és de milers de milions d’anys, abans que comenci a perdre energia. És per això, que els fluxos elèctrics en l’interior d’un superconductor s’han considerat el fet més proper al moviment perpetu.

Superconductors a temperatura ambient

Els experts creuen que la introducció dels materials superconductors en la nostra societat podria fins i tot generar una nova revolució industrial (en el pròxim apartat veurem per què). Però, amb tot i això, la imatge d’un món ple de superconductors és força utòpica, doncs aquests metalls, per a adquirir la propietat de superconductors, requereixen estar submergits en tancs de líquid refrigerant (tal i com el nitrogen líquid).

No obstant, els científics creuen que és probable que en un futur no molt llunyà es pugui donar la presència de superconductors a temperatura ambient, és a dir, que no requereixin trobar-se submergits en líquid refrigerant per a poder eliminar la resistència elèctrica.  De fet, aquesta hipòtesi neix en el moment en què es descobreix en el laboratori que una substància anomenada “òxid de coure i mercuri, tali, bari i calci" adquireix la propietat de superconductor a la temperatura de 138 k (uns -135ºc). Evidentment que aquesta xifra es troba molt lluny de la temperatura que considerem “ambient”, no obstant, el progrés respecte als 20 k és molt gran, i és per això que els científics no descarten emportar-nos alguna sorpresa més en el futur.

El funcionament dels superconductors a temperatura ambient es troba força aliè als coneixements actuals de la comunitat científica, però tot i això, la hipòtesi amb la qual es treballa creu que aquest fet (el dels superconductors a temperatura ambient) es dóna a causa de la disposició dels àtoms en l’estructura interna d’aquestes substàncies, que formen capes permetent que, dins de cada capa, els electrons hi puguin fluir sense cap tipus de resistència.

Levitació magnètica

Els avanços científics que s’han produït des del descobriment dels superconductors a baixa temperatura han permès considerar la levitació com a un fenomen tècnicament factible, i no tan sols com una fantasia dels còmics de ciència ficció, tal i com es creia abans. Actualment, hi ha mitjans de transports en el món que funcionen a partir dels fonaments de la levitació magnètica, els quals resideixen en el simple fet de què dos imans encarats pel mateix pol permeten aixecar grans pesos. Varis països estan construint trens que es basen en aquest funcionament, anomenats trens “maglev”. No obstant, la construcció d’aquests trens maglev resulta ser molt cara, tot i que els científics estimen que el rendiment d’aquests mitjans de transport podria augmentar si enlloc d’oposar dos imans s’oposessin un iman i un superconductor.

Una de les propietats comunes de la superconductivitat és l’efecte Meissner. Aquest és el que permet que un iman leviti al posar-se sobre d’un superconductor. La raó per la qual l’efecte Meissner permet aquesta anomalia és que l’iman tendeix a crear un iman “imatge especular” en l’interior del superconductor, de manera que ambdós imans (l’original i el “imatge especular”) es repelen.

Michio Kaku, en el llibre Física de l’impossible, creu que un futur les carreteres podrien estar fetes de materials superconductors que, al posar-se en contacte amb imans incorporats ens els vehicles o les persones, permetrien que la levitació fos un fet quotidià en la nostra vida.