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12:52h. Viernes, 15 de Diciembre de 2017

USTED Y YO USUFRUCTUAMOS DE ESTE AVANCE DE LA CIENCIA REITERADAMENTE.

Superconductividad; Más trivial de lo que pudiéramos imaginar

Precisamente ahora está haciendo uso de ella al leer este artículo, cargar su teléfono, encender la radio, el pc, la tablet, la TV, el microondas y cuanta cosa doméstica que se enchufe y necesite de electrones

En 1957 John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer,  presentaron una teoría que es un modelo de mecánica cuántica
En 1957 John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer, presentaron una teoría que es un modelo de mecánica cuántica

Casi por Accidente

Fue por el año 1911 que Heike Kamerlingh Onnes (1853- 1926), físico neerlandés, descubrió el sorprendente fenómeno que ahora llamamos Superconductividad.

Onnes estaba enfriando el metal mercurio en su laboratorio, con la intención de examinar sus propiedades. Cuando Procedió a enfriarlo a 270° Celsius bajo cero, fue testigo de algo inesperado: ¡La resistencia eléctrica desapareció por completo! Al enfriar cualquier material, disminuye su resistencia, al flujo de corriente eléctrica, sobre todo porque decrece el movimiento de los átomos y moléculas que tienden a bloquear el flujo de la corriente. Pero nunca al extremo de desaparecer, dejando libre el paso a los electrones.

Onnes descubrió que la corriente, una vez iniciada, seguía fluyendo sin cambios, largo tiempo en un cable hecho de ese material; después, incluso, que se quitara la fuente de poder que había iniciado su flujo. Onnes lo demostró de manera espectacular, llevando consigo desde su hogar en Leiden hasta Cambridge, Inglaterra, un rollo de alambre superconductor que contenía una corriente persistente.

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Las investigaciones en torno al átomo y sus partículas, abrió el camino para el estudio de este fenómeno

 

¿Pero, porqué pasaba esto?

La superconductividad siguió siendo un enigma por casi medio siglo, hasta que en 1957 los físicos: John Bardeen, Leon Cooper y J. Robert Schrieffer desarrollaron una completa teoría microscópica que explicaba el fenómeno.

En realidad, quien propuso la idea clave que condujo a la teoría de la superconductividad, fue el físico: Fritz London (1900-1954), en 1950. Quien sugirió que este extraño comportamiento era el resultado de fenómenos mecánico-cuánticos que normalmente sólo afectan el comportamiento en escalas muy pequeñas y de súbito se extienden a escalas macroscópicas. Todo este fenómeno, único y cohesionado, sólo puede suceder por una importante propiedad de la mecánica cuántica, debida a que la cantidad de energía que se puede transferir desde o hacia un sistema de tamaño finito ocurre sólo en cantidades discretas, o “quanta”.

En la mecánica cuántica podemos pasar de un conjunto continuo a un conjunto discreto de energía. Ahora bien, imaginemos que tenemos un montón de partículas en una caja. Si hay muchos estados posibles de energía para las partículas, podría esperarse que cada una ocupara, en promedio, un estado discreto diferente. Sin embargo a veces, bajo especiales circunstancias, es posible que todas las partículas quieran ocupar un único estado.

 

Semejante a una tarde en el cine

Ahora bien, esto que se ve muy complejo de entender, lo podemos graficar con una ida al cine; la sala está repleta y se ríen a carcajadas. Luego arriendan el video de la película para mirarla en casa, solos, y es apenas divertida. ¿La razón? La risa es contagiosa.

Esto que corresponde a nociones un tanto complejas, sobre teoría atómica y fenómenos mecánico – cuánticos, que no vale la pena entrar a explicar en detalle -sobre todo en ésta plataforma-, se convierte en una posta de nombres y apellidos, que en 1972 deviene con el Premio Nobel de Física para: John Bardeen (1908-1991),  Leon Neil Cooper (1930) y John Robert Schrieffer (1931), por el desarrollo conjunto de la teoría de la superconductividad, llamada por lo general como, teoría BCS.

Sin embargo antes, en 1956, John Bardeen recibe su primer Premio Nobel de Física, por su investigación sobre los semiconductores y sus descubrimientos acerca del efecto transistor, junto a Walter Houser Brattain (1902 -1987) y William Bradford Shockley (1910 – 1989).

 

Semiconductores; un salto a la modernidad

La válvula termoiónica primero (Edison, Fleming, Lee De Forest); el transistor y los circuitos integrados después, serán la base de todo equipo electrónico moderno. Su desarrollo influirá en las dos primeras guerras mundiales del siglo XX, la medicina, los viajes espaciales y un largo etc. Millones de transistores funcionan para que usted pueda leer estas líneas, hacer un click, usar Whatsapp, Twitter, Facebook, consultar la memoria de su Smartphone, Iphone, llamar a Tocopilla, etc. Ceros y unos se amontonan en la era digital gracias a los designios de: Claude Shannon (1916-2001) y Warren Weaver (1894-1978) quienes le dan andamiaje a: “La Teoría Matemática de la Comunicación”, publicada en 1948.

La Historia de la Ciencias, está llena de postas, con apellidos y nombres que inevitablemente se diluyen en el tiempo. Todos estos nombres, responden a una cadena de acontecimientos que hacen que, comprender y controlar fenómenos físico- eléctricos, resulten en un medio, más que en un fin.

EcuacionesMaxwell

Ecuaciones de Maxwell

 

Las ecuaciones de Maxwell

Sin embargo, tenemos que retroceder al siglo XIX - un genuino salto “cuántico”- para encontrarnos con James Clerk Maxwell (1831-1879), quien en 1865, logró unificar las teorías de la electricidad y el magnetismo, hasta ese momento heredadas de sus antecesores: Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday, entre otros; con sus famosas ecuaciones, que describen por completo, los fenómenos electromagnéticos, he identificando a la luz, como una onda electromagnética.

Cada cambio del campo eléctrico, razonó Maxwell, engendra en su proximidad un campo magnético, e inversamente cada variación del campo magnético origina uno eléctrico.

 

Una lista célebre

A la construcción teórica erigida por Maxwell, Heinrich Hertz (1857-1894) brindó la base de la comprobación experimental. En 1888 logró producir ondas por medios exclusivamente eléctricos y demostrar que estas ondas poseen todas las características de la luz visible, con la única diferencia de que sus longitudes de onda son enormemente mayores. Hertz pone en evidencia que las ondas eléctricas se dejan refractar, reflejar y polarizar, y que su velocidad de propagación es igual a la de la luz. La predicción de Maxwell se había realizado: ¡La existencia de las ondas electromagnéticas era una realidad tangible! Una vez establecida la posibilidad de transmitir oscilaciones eléctricas sin conductor, el paso decisivo estaba dado para constituir la telegrafía inalámbrica, cuyo primer esbozo se escondía en los experimentos de Hertz y que había sido desarrollada por el francés Edouard Branly, el inglés Oliver Lodge, el ruso George Popoff y el italiano Guglielmo Marconi que la comercializó.

La superconductividad es un fenómeno aún por investigar. Los avances en este campo han ratificado la necesidad de realizar un tratamiento holístico de este descubrimiento. Sus alcances son ilimitados y asombrosos, a tal punto que no nos debiera sorprender ver en un futuro cercano trenes de alta velocidad movidos por levitación magnética gracias a este principio de la mecánica cuántica. Aún queda mucho por conocer. No perdamos la capacidad de asombrarnos. (Fuente: material disponible en la Web). DCC