Superconducción

Superconductores: la raya que separa la ciencia de la ficción

Al protagonista del film de James Cameron “Avatar”, le oímos explicar someramente la hipótesis científica de la superconducción, en la que se basa la levitación magnética o flotación de las famosas Montañas Aleluya de Pandora (luna del gigante gaseoso Polifemo). Montañas que, aunque Rob Powers (supervisor del departamento artístico de la película) afirme que se inspiró en Ashville (Carolina del Norte), nos recuerdan mucho a las Columnas del Cielo del Sur, en el parque nacional del Bosque de Zhangjiajie, en la provincia china de Hunan.

Se debe a la abundante presencia del Unobtainium, un mineral muy apreciado por los humanos dada su gran superconductividad a temperatura ambiente. En esto último reside la clave, por eso Parker Selfridge, el ejecutivo de la multinacional que explota las minas de Pandora, le muestra al protagonista, Jake Sully, una muestra de unobtainium flotando sobre un imán y afirma: “Por esto estamos aquí, porque esta piedrecita gris se vende a 20 millones de dólares el kilo”.

Básicamente, Parker Selfridge está demostrando lo que en física se conoce como Efecto Meissner, el mismo por el que las montañas colgantes de Pandora levitan, al ubicarse en el vórtice de flujo, es decir, uno de los polos magnéticos del satélite natural, cuya intensidad además genera anomalías gravitacionales. De esto se deduce la importancia real de los superconductores, que una película presente a directivos dispuestos a arrasar un poblado indígena por obtener el preciado mineral. Sin embargo, ¿qué detalle aleja al unobtainium de la realidad?

El Efecto Meissner fue descubierto en 1933 por los científicos Walther Meissner y Robert Ochsenfeld y, en esencia, define la superconductividad clasificada como tipo I. De modo que el unobtainium, o cualquier otro superconductor (arriba), levita o “flota” por causa de la repulsión inducida entre este y el imán permanente (abajo), porque se produce el apantallamiento o la expulsión del campo magnético en torno al superconductor.

Luego, se extrae que la superconductividad es un hecho científicamente probado. El problema estriba en que estos atractivos materiales solo superconducen a temperaturas bajísimas, cercanas al cero absoluto (-273^oC), por debajo de la denominada temperatura crítica (T_c). Por lo tanto, en condiciones normales, no encontramos superconductores en la naturaleza.

Ahora bien, ¿qué los convierte en materiales codiciados? Una de las principales, y más sugerentes, consecuencias de los superconductores deriva de la circunstancia de que, por debajo de esa temperatura crítica, poseen una resistividad nula, lo que significa que no oponen resistencia al paso de la corriente eléctrica. Como sabemos, la electricidad no es más que electrones en movimiento y muchos de ellos, mientras se desplazan por el hilo conductor, chocan contra las partículas elementales del medio. De estas colisiones se desprende energía en forma de calor. Así se describe el efecto Joule, que ocasiona una significativa pérdida de energía.

No obstante, la peculiaridad de los superconductores es que en ellos se da lo que se conoce como “pares de Cooper”. Así, los electrones forman parejas capaces de esquivar los choques, ya que se desplazan de manera sincronizada, y la corriente fluye sin que el material oponga resistencia. Por tanto, los superconductores permiten la conducción de la electricidad sin que se produzca la disipación o pérdida de energía y esto, trasladado a la vida real, representa menor coste energético. De ahí su relevancia.

Ahora bien, para perfilar la línea que separa la realidad de la ficción, tenemos que analizar hasta dónde ha llegado la ciencia en la actualidad. En 2011, el físico Zhi-Xun Shen, del instituto para la ciencia de los materiales y energía de Stanford (SIMES), propuso la razón por la que se presenta un vacío en la estructura electrónica de los superconductores a temperatura normal (T>T_c). Apuntó la existencia de un nuevo estado de la materia (aparte de sólido-líquido-gaseoso), hasta la fecha desconocido. De confirmarse la hipótesis, se podría propiciar la superconducción a temperatura ambiente.

Sin embargo, por el momento, la ciencia real sigue sin aportar superconductores mucho más eficaces que el HTS encontrado en 1987, o el diborato de magnesio (MgB₂) descubierto por investigadores japoneses en 2001. El primero, de naturaleza cerámica, superconduce a 90K y puede ser enfriado con nitrógeno líquido, en lugar de mediante la criogenia del helio que resulta muy costosa. En contrapartida, es quebradizo y difícil de manipular. El MgB₂, en cambio, por ser metálico se debe enfriar con neón líquido, facilita la construcción de hilos y, aunque su temperatura crítica es mayor que la de otros superconductores metálicos, no vence al HTS, pues superconduce a 39K. En cualquier caso, la barrera se sitúa en ¡183^oC bajo cero!

En conclusión, desde finales del siglo XX los superconductores son una realidad que a día de hoy todavía alientan la imaginación de multitud de científicos, con la promesa de cambiar nuestras vidas radicalmente. No obstante, en la actualidad, la superconducción soñada, sí, a temperatura ambiente, sigue perteneciendo al ámbito de la ciencia-ficción.