Boaz Almog hace “levitar" un superconductor

El fenómeno que vieron por unos momentos se llama levitación cuántica o bloqueo cuántico. Y el objeto que estaba levitando se llama superconductor. La superconductividad es un estado cuántico de la materia y se da solo bajo ciertas temperaturas críticas.

Pero es un fenómeno bastante viejo; fue descubierto hace 100 años. Sin embargo, debido a varios avances tecnológicos recientes, ahora podemos mostrarles la levitación y el bloqueo cuánticos.

Un superconductor está definido por dos propiedades. La primera es la resistencia eléctrica nula y la segunda es la expulsión de un campo magnético desde el interior del superconductor. Suena complicado, ¿verdad? Pero, ¿qué es la resistencia eléctrica? La electricidad es el flujo de electrones por el interior de un material. Y estos electrones, al fluir, colisionan con los átomos y en estas colisiones pierden una determinada cantidad de energía. Disipan esta energía en forma de calor y ya conocen ese efecto. No obstante, en el interior de un superconductor no hay colisiones y por ende no hay disipación de energía.

Es extraordinario. Piénsenlo. En la física clásica siempre hay fricción y se pierde algo de energía. Pero aquí no, porque es un efecto cuántico. Pero eso no es todo, porque a los superconductores no les gustan los campos magnéticos. Por eso un superconductor trata de expulsar el campo magnético desde el interior y lo hace mediante la circulación de corrientes. La combinación de ambos efectos -la expulsión de los campos magnéticos y la resistencia eléctrica nula- es precisamente un superconductor.

Pero no todo es perfecto, como sabemos, y a veces quedan residuos de campo magnético dentro del superconductor. En las condiciones apropiadas, que aquí tenemos, esos campos magnéticos pueden quedar atrapados en el superconductor. Y estos campos del interior del superconductor están en cantidades discretas. ¿Por qué? Porque es un fenómeno cuántico. Es física cuántica. Y resulta que se comportan como partículas cuánticas.

En esta película pueden ver cómo fluyen uno a uno, en forma discreta. Estos son residuos de campo magnético. No son partículas, pero se comportan como partículas. Por esta razón el efecto se llama levitación cuántica o bloqueo cuántico.

Pero, ¿qué le pasa al superconductor cuando lo ponemos en de un campo magnético? Bueno, primero hay residuos de campo magnético en el interior pero ahora el superconductor no quiere que se muevan porque sus movimientos disipan energía y eso rompe el estado de superconductividad. Entonces, bloquea esos cuantos de campo magnético, denominados fluxones, y los bloquea en el lugar. Y, al hacerlo, realmente se autobloquea. ¿Por qué? Porque cada movimiento del superconductor cambiará su posición, cambiará su configuración.

Así, obtenemos el bloqueo cuántico. Les mostraré su funcionamiento. Aquí tengo un superconductor, que he envuelto para que permanezca frío bastante tiempo. Y si lo coloco en la parte superior de un imán común queda bloqueado en el aire.

(Aplausos)

Pero no es simple levitación. Tampoco es sólo repulsión. Reconfigurando los fluxones, quedan bloqueados en esta nueva posición. De esta manera, lo movemos a la izquierda o a la derecha. Es un bloqueo cuántico, en realidad, un bloqueo tridimensional del superconductor. Claro, puedo darle vuelta, y quedará bloqueado.

Ahora que ya entendimos que esta denominada levitación en realidad es un bloqueo -sí, lo entendemos- no les sorprenderá saber que si tomo este imán circular, que tiene un campo magnético uniforme, el superconductor podrá rotar libremente por el eje del imán. ¿Por qué? Porque mientras rota, se mantiene el bloqueo. ¿Lo ven? Puedo ajustarlo y rotar el superconductor. Tenemos un movimiento sin fricción. Sigue levitando, pero puede moverse libremente.

Entonces, hay bloqueo cuántico y levitación encima del imán. Pero, ¿cuántos fluxones, cuántos cuantos magnéticos hay en un disco como este? Bueno, podemos calcularlo, y resultan ser muchos. Cien mil millones de cuantos de campo magnético dentro de este disco de casi 8 cm.

Y, sin embargo, eso no es lo sorprendente. Hay algo que no les he contado todavía. Y, sí, lo sorprendente es que este superconductor que ven aquí sólo tiene medio micrón de espesor. Es extremadamente delgado. Esta capa extremadamente delgada es capaz de levitar más de 70 000 veces su propio peso. Es un efecto notable. Es muy fuerte.

Ahora, puedo extender este imán circular, y construir la pista que quiera. Por ejemplo, puedo hacer un carril circular aquí. Y cuando coloco el disco superconductor sobre este riel, se mueve libremente.

(Aplausos)

Y, nuevamente, eso no es todo. Puedo ajustar su posición así, y rotarlo, y se mueve libremente en esta nueva posición. Y puedo probar algo más; intentémoslo por primera vez. Puedo tomar este disco y ponerlo aquí, y mientras está aquí -no te muevas- trataré de rotar la pista y, con suerte, si lo hice bien, queda suspendido.

(Aplausos)

Ya ven, es bloqueo cuántico, no levitación. Mientras hago que circule un poco más, les contaré un poco más de los superconductores. Ahora... (Risas) Ahora que sabemos que podemos transferir gran cantidad de corriente por los superconductores, podemos usarlos para producir grandes campos magnéticos, como los necesarios en los resonadores magnéticos, en aceleradores de partículas, etc. Pero con los superconductores también se puede almacenar energía porque no hay disipación.

Y también podríamos producir cables, transferir grandes cantidades de corriente entre centrales eléctricas. Imaginen que pudieran respaldar una central eléctrica con un simple cable superconductor. ¿Cuál es el futuro de la levitación cuántica y del bloqueo cuántico? Responderé esta pregunta con un ejemplo. Supongan que tienen un disco como el que tengo aquí en mi mano, de unos 8 cm de diámetro, con una sencilla diferencia. La capa superconductora, en vez de ser de medio micrón de espesor, es de dos milímetros, bastante delgada. Esta capa superconductora de dos milímetros de espesor podría sostener una tonelada, un coche pequeńo, en mi mano. Increíble. Gracias.

(Aplausos)