Hay muchas explicaciones teóricas para la superconductividad a alta temperatura (algunas se analizan aquí). Desafortunadamente, la mayoría de ellos no está de acuerdo con una pluralidad de experimentos, ni entre sí.
Primero, uno debe aclarar qué significa ‘entender’ en el contexto de la ciencia. Cuando la gente dice “no entendemos la superconductividad a altas temperaturas”, no significa que no sepamos nada. Por el contrario, se han realizado cientos de miles de estudios teóricos y experimentales de superconductores de alta temperatura, y en realidad sabemos mucho sobre ellos. En el contexto de la superconductividad a alta temperatura, “no entendemos” tampoco significa que desechemos todo lo que aprendimos de la superconductividad a baja temperatura. En realidad, muchos conceptos de la superconductividad a baja temperatura se aplican aún a la alta Tc: los pares de Cooper todavía están allí, y la mayoría de las teorías macroscópicas (no microscópicas) (Ginzburg-Landau, Londres) todavía funcionan bien. Lo que falta en alta Tc es una explicación microscópica de qué procesos e interacciones en los materiales hacen que los electrones superen su repulsión mutua y formen pares de Cooper y que los pares de Cooper formen un condensado superconductor.
Entonces, ¿qué tan lejos estamos de una teoría microscópica? Podríamos encontrar orientación sobre cómo se ‘resolvió’ la superconductividad la primera vez: la teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer. Un factor importante que ayudó a estas luminarias particulares (en lugar de Einstein, Landau y muchos otros que trabajaron en la superconductividad antes que ellos [1]) a presentar una teoría microscópica para la superconductividad a baja temperatura son dos experimentos con pistolas humeantes en los años anteriores:
- ¿Puede la aceleración externa del universo explicarse por la expansión del espacio?
- ¿Existen los monopolos magnéticos?
- La segunda ejecución del LHC comienza en abril de 2015. ¿Cuáles son algunas de las preguntas más interesantes que pueden responder los nuevos datos?
- ¿Cuál es el principio de equivalencia en la relatividad general?
- Si quiero convertirme en un físico teórico, ¿qué necesito hacer para lograr ese objetivo, y me estoy convirtiendo en un físico que valga la pena?
- Experimentos específicos de calor (y relacionados) que muestran una dependencia exponencial de la temperatura que se acerca a T = 0, lo que implica una brecha en la densidad electrónica de los estados [2]
- Efecto isotópico que muestra que la temperatura de transición superconductora (Tc) depende de la masa atómica [3]
El primer resultado dio origen al concepto de pares de Cooper, y el segundo condujo a identificar las interacciones específicas que hacen que los electrones formen pares de Cooper en superconductores de baja temperatura: interacción con vibraciones de red atómica. Si bien el calor específico es algo obvio para medir, el efecto isotópico fue bastante accidental, como el autor afirma explícitamente en el resumen (muchos experimentos son de la variedad de probar y ver, pero en los tiempos modernos, nadie escribe realmente que en su resumen):
La existencia de una pequeña cantidad de Hg-198 en la Oficina Nacional de Normas nos llevó a investigar sus propiedades como superconductor … El peso atómico promedio del mercurio natural es 200.6.
Básicamente, el experimento más importante con armas de fumar que ayudó a los teóricos a identificar el mecanismo microscópico de la superconductividad a baja temperatura fue originalmente un acto de fantasía. Esta es una razón por la que es muy difícil predecir cuándo una teoría de la física de la materia condensada se concretará.
Pero mi opinión personal es que los próximos 10-15 años serán un tiempo muy fructífero, siempre que los fondos no desaparezcan por completo. Esto se debe a que gran parte del frenesí inicial y la abrasividad del campo han disminuido, especialmente en los últimos 8 años, y esto les da a los investigadores más tiempo para hacer un trabajo cuidadoso y reflexivo.
Notas al pie
[1] https://arxiv.org/ftp/arxiv/pape…
[2] Calor atómico del estaño normal y superconductor entre 1.2 \ ifmmode ^ \ circ \ else \ textdegree \ fi {} y 4.5 \ ifmmode ^ \ circ \ else \ textdegree \ fi {} K
[3] http://journals.aps.org/pr/pdf/1…
