Artículo original publicado por Jon Cartwright el 29 de marzo de 2011 en physicsworld.com
En apenas una semana, los científicos celebrarán el centenario de la superconductividad: El descubrimiento, en 1911, de que algunos materiales enfriados casi al cero absoluto permiten que la carga eléctrica fluya sin resistencia. Pero ahora un físico cree que la superconductividad puede aparecer cuando no hay ni siquiera un material.
De acuerdo con Maxim Chernodub de la Universidad François-Rabelais de Tours en Francia, la superconductividad puede aparecer – siempre que haya un potente campo magnético – en el vacío del espacio. Si Chernodub está en lo cierto, el fenómeno podría explicar el origen del extenso patrón de campos magnéticos que vemos en el cosmos. “Esta superconductividad del vació sugerida es muy inusual”, comenta. “Tiene algunas locas propiedades que no existen en los superconductores ‘normales’”.
En los superconductores normales, la carga fluye sin resistencia debido a que todos los portadores de carga – es decir, los electrones – se “condensan” en el mismo estado. Los físicos explican este comportamiento con la conocida como Teoría BCS, la cual describe cómo se mueven los electrones a través de la red cristalina del superconductor. Cuando un electrón se mueve, distorsiona la red, atrayendo cargas positivas. El siguiente electrón es atraído entonces a esta carga positiva, y queda emparejado con el primer electrón.
Juntos, los electrones emparejados, forman un condensado que se mueve como una única entidad.
Los científicos han realizado un buen trabajo explicando la física de los superconductores normales, como el plomo, el cual debe enfriarse casi al cero absoluto en campos magnéticos bajos. Pero hay también superconductores que existen a temperaturas relativamente altas de 30 K o más, y para estos los físicos aún están trabajando en una explicación adecuada.
¿La más extraña por el momento?
En un artículo que aparecerá próximamente en Physical Review Letters, sin embargo, Chernodub contempla un tipo de superconductividad que podría ser la más extraña por el momento. Al contrario que la superconductividad anteriormente conocida, se mantendría a temperaturas muy altas, tal vez miles de millones de grados. También existiría junto a potentes campos magnéticos y, tal vez lo más extraño de todo, no necesitaría un material para existir – simplemente un vacío.
¿Cómo puede la superconductividad surgir a partir de nada, cuando aparentemente no hay siquiera portadores de carga? De hecho, incluso el vacío más puro contiene portadores de carga. De acuerdo con la mecánica cuántica, el vacío es una sopa de partículas “virtuales” que momentáneamente saltan a la existencia, tales como quarks y antiquarks. Un quark up y un antiquark down pueden unirse para formar un mesón rho positivamente cargado, pero el mesón normalmente es tan inestable que decae.
Chernodub cree que en un campo magnético potente los quarks se verían forzados a moverse sólo a lo largo de las líneas de campo – y esto haría que los mesones rho fuesen mucho más estables. Además, el propio espín de los mesones rho interactuaría con el campo magnético externo, disminuyendo la masa efectiva de la partícula a cero, por lo que podría moverse libremente, como en un superconductor. Los cálculos de Chernodub, que se basan en un modelo bien conocido de la cromodinámica cuántica (QCD), sugieren que el campo magnético externo requerido para esta superconductividad debe ser de al menos 1016 T.
Un campo muy potente
Esto es un campo muy potente. Lo mejores imanes de la Tierra – que, tal vez irónicamente, usan espiras superconductoras – pueden lograr campos que se aproximan sólo a 30 T, mientras que los objetos más magnetizados del espacio, que son un tupo de estrellas de neutrones conocidas como magnetar, probablemente alcanzan simplemente los 1010 T.
Aunque Chernodub cree que podría encontrarse una demostración de su predicción cerca de casa, en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) con sede en Ginebra, o en el Colisionador de Iones Relativistas Pesados (RHIC) en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York. El pasado noviembre colisionaron los primeros iones de plomo en el LHC. Debido a que tales iones se mueven, crean campos magnéticos, y Chernodub cree que un “casi fallo” entre dos de ellos podría – tal vez durante apenas un yoctosegundo (10–24 s) – generar un campo casi como el requerido de 1016 T. Si surge superconductividad en el vacío en el LHC o el RHIC, espera que deje una traza de mesones rho cargados.
“Cómo de realista es esto, no puedo decirlo en verdaderamente por el momento”, dice Igor Shovkovy, experto en QCD en la Universidad Estatal de Arizona en los Estados Unidos. “Una de las complicaciones de las colisiones de alta energía es la corta duración de los campos magnéticos generados por los iones o protones que pasan. La otra es la dificultad de extraer señales inequívocas de que sería éste y no otro fenómeno el causante”.
‘Idea interesante’
Volodya Miransky, física de partículas en la Universidad de Western Ontario en Canadá, dice que la predicción de Chernodub es una “idea interesante” pero añade que “la cuestión sobre si se puede observar este efecto sigue abierta, creo y esta posibilidad merece estudiarse”.
La superconductividad en el vacío no siempre tendría que necesitar aceleradores de partículas, no obstante. Chernodub cree que el inicio del universo podría haber tenido capos magnéticos lo bastante fuertes, y que las súper-corrientes posteriores podrían haber servido de semilla a los misteriosos campos magnéticos a gran escala que vemos hoy en el universo. “Suena a locura, pero ¿qué pasa si es cierto?”, comenta.
Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 29 de marzo de 2011
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