Come funziona un superconduttore?
Per capire come funziona un superconduttore, può essere utile esaminare come funziona prima un conduttore normale. Alcuni materiali come acqua e metallo consentono agli elettroni di fluire attraverso di loro abbastanza facilmente, come l'acqua attraverso un tubo da giardino. Altri materiali, come il legno e la plastica, non consentono agli elettroni di fluire attraverso, quindi sono considerati non conduttori. Cercare di far passare l'elettricità attraverso di loro sarebbe come provare a far scorrere l'acqua attraverso un mattone.
Anche tra i materiali considerati conduttivi, ci possono essere grandi differenze nella quantità di elettricità che può effettivamente passare. In termini elettrici, questo si chiama resistenza. Quasi tutti i normali conduttori di elettricità hanno una certa resistenza perché hanno atomi propri, che bloccano o assorbono gli elettroni mentre passano attraverso il filo, l'acqua o altro materiale. Una piccola resistenza può essere utile per tenere sotto controllo il flusso elettrico, ma può anche essere inefficiente e dispendioso.
Un superconduttore prende l'idea della resistenza e la gira in testa. Un superconduttore è generalmente composto da materiali sintetici o metalli come piombo o niobiumititanio che hanno già un basso conteggio atomico. Quando questi materiali vengono congelati a zero quasi assoluto, ciò che atomi fanno si fermano quasi. Senza tutta questa attività atomica, l'elettricità può fluire attraverso il materiale praticamente senza resistenza. In termini pratici, un processore di computer o un binario del treno elettrico equipaggiato con un superconduttore userebbe pochissima elettricità per svolgere le sue funzioni.
Il problema più evidente con un superconduttore è la temperatura. Esistono pochi modi pratici per raffreddare grandi quantità di materiale superconduttivo fino al punto di transizione richiesto. Quando un superconduttore inizia a riscaldarsi, l'energia atomica originale viene ripristinata e il materiale crea nuovamente resistenza. Il trucco per creare un superconduttore pratico sta nel trovare un materiale che diventa superconduttivo a temperatura ambiente. Finora, i ricercatori non hanno scoperto alcun metallo o materiale composito che perde tutta la sua resistenza elettrica alle alte temperature.
Per illustrare questo problema, immagina un filo di rame standard come un fiume d'acqua. Un gruppo di elettroni è su una barca che cerca di arrivare a destinazione a monte. La potenza dell'acqua che scorre a valle crea resistenza, il che rende la barca ancora più impegnativa per attraversare l'intero fiume. Quando la barca raggiunge la sua destinazione, molti passeggeri dell'elettrone sono troppo deboli per continuare. Questo è ciò che accade con un conduttore normale: la resistenza naturale provoca una perdita di potenza.
Ora immagina se il fiume fosse completamente ghiacciato e gli elettroni fossero in una slitta. Dal momento che non ci sarebbe acqua che scorre a valle, non ci sarebbe resistenza. La slitta passerebbe semplicemente sul ghiaccio e depositerebbe in sicurezza quasi tutti i passeggeri dell'elettrone a monte. Gli elettroni non cambiarono, ma il fiume fu alterato dalla temperatura per non opporre resistenza. Trovare un modo per congelare il fiume a una temperatura normale è l'obiettivo finale della ricerca sui superconduttori.