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» » » La superconductividad del vacío

Dentro de poco, los científicos celebrarán el centenario de la superconductividad, el descubrimiento en 1911 de que algunos materiales refrigerados hasta el cero absoluto permiten que la carga eléctrica fluya sin resistencia. Ahora, un físico cree que la superconductividad puede aparecer sin necesidad de ningún material.

Según Maxim Chernodub de la Université François-Rabelais Tours en Francia, la superconductividad puede aparecer —siempre que exista un campo magnético muy fuerte—, en el espacio vacío. Si Chernodub está en lo correcto, el fenómeno podría explicar el origen de los extensos patrones de campo magnético vistos en el cosmos. "Esto sugiere que la superconductividad del vacío es muy inusual", señala, "tiene algunas descabelladas propiedades que no existen en los "superconductores" normales.

En los superconductores normales, la carga fluye sin resistencia porque todos los portadores de carga, es decir, los electrones, se "condensan" en un mismo estado. Los físicos explican este comportamiento con la llamada teoría BCS, que describe cómo los electrones se mueven a través de entramado cristalino del superconductor. Cuando un electrón se mueve, se distorsiona el entramado, atrayendo la carga positiva. Así, el siguiente electrón es atraído por esta carga positiva, y pasa a ser pareja del primer electrón. Cuando todos los electrones están emparejados formar un condensado que se mueve como una sola entidad.

Los científicos han hecho un buen trabajo al explicar la física de los superconductores normales, como el plomo, que debe ser enfriado cerca del cero absoluto en bajos campos magnéticos. Pero también hay superconductores que existen a temperaturas relativamente altas, de 30 K (-243,15º C) o más, y estos físicos todavía están trabajando en una apropiada explicación.
¿Aún más extraño?

En un artículo que pronto aparecerá en la revista Physical Review Letters, Chernodub contempla un tipo de superconductividad que puede ser más extraña todavía. A diferencia de la ya conocida superconductividad, que sobrevive a temperaturas muy altas, tal vez miles de millones de grados, también existen unos fuertes campos magnéticos de lo más extraño, que no necesitan un material para existir, sólo el vacío.

¿Cómo puede surgir de la nada la superconductividad, cuando aparentemente no hay siquiera portadores de carga? Pues, de hecho, incluso el más puro vacío contiene portadores de carga. Según la mecánica cuántica, el vacío es una sopa de partículas "virtuales" que momentáneamente asoman a la existencia, como los quarks y antiquarks. Un quark arriba y un antiquark abajo pueden unirse para formar un mesón rho con carga positiva, pero el mesón es normalmente tan inestable que se desintegra.

Chernodub piensa que, en un campo magnético fuerte, los quarks se verían forzados a moverse sólo a lo largo de las líneas de campo, y esto haría a los mesones rho mucho más estables. Además, el propio espín del mesón rho interactuaría con el campo magnético externo, la reduciendo la masa efectiva de la partícula a cero, así que pueda moverse libremente, como en un superconductor. Los cálculos 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 fuerte

Eso es un campo muy fuerte. Los mejores imanes de la Tierra —que, irónicamente, utilizan bobinas superconductoras—, puede lograr campos que se acercan tan sólo a 30 T; mientras que la mayoría de los objetos magnetizados del espacio, que son del tipo de estrella de neutrones, conocidas como magnetar, probablemente llegan a campos de sólo 1010 T.

Sin embargo, Chernodub piensa que la prueba de su predicción se descubrió cerca del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) con sede en Ginebra, o del Relativistic Heavy Ion Collider ​​(RHIC) en el Brookhaven National Laboratory de Nueva York. En noviembre pasado, comenzaron a colisionar los primeros iones de plomo en el LHC. Debido a que estos iones se mueven, crean campos magnéticos, y Chernodub cree que por un "por poco" entre dos de ellos podrían, tal vez en un solo yoctosegundo (10-24 s), generar casi el campo requerido de 1016 T. Si la superconductividad de vacío se da en el LHC o en el RHIC, se espera que dejaría un rastro de mesones rho cargados .

"Cómo es de realista esto, no puedo decirlo en este momento", aduce Igor Shovkovy, un experto en QCD de la Universidad Estatal de Arizona en EE.UU. "Una de las complicaciones en las colisiones de alta energía es la duración tan corta de los campos magnéticos generados por el paso de los iones o protones. El otro es la dificultad para extraer señales inequívocas que distingan este fenómeno de otros."

Una "Idea interesante"

A Volodia Miransky, físico de partículas de la Universidad de Western Ontario, en Canadá, le parecen una "idea interesante" la predicción de Chernodub, y que "la cuestión de si se puede observar este efecto está abierta, y es una posibilidad que merece ser estudiada."

Chernodub piensa que el universo primitivo pudo haber tenido suficientes campos magnéticos fuertes, y que, posteriormente, las super-corrientes podrían haber sembrado estos misteriosos campos magnéticos a gran escala por todo el universo actual. "Suena como una idea loca, pero, ¿y si es cierto?".

  • Referencia: PhysicsWorld.com, 29 de marzo 2011, por Jon Cartwright
  • Imagen: Iones de plomo, tal como se ven por el detector ALICE. PhysicsWorld.

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Editor del blog Pedro Donaire

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