En 1911, el físico Heike Kamerlingh Onnes enfrió mercurio con helio líquido y descubrió algo asombroso: por debajo de unos cuatro grados sobre el cero absoluto, la resistencia eléctrica del metal desaparecía por completo. Había descubierto la superconductividad, un fenómeno que todavía fascina y desafía a los científicos.
En un conductor normal, los electrones chocan con las vibraciones e impurezas de la red cristalina, y parte de la energía se disipa como calor. En un superconductor por debajo de su temperatura crítica, la corriente puede fluir indefinidamente sin pérdidas. Se han mantenido corrientes circulando en anillos superconductores durante años sin disminución apreciable.
Un superconductor expulsa el campo magnético de su interior, un fenómeno llamado efecto Meissner. Por eso un imán puede flotar sobre un superconductor enfriado: las corrientes inducidas en la superficie generan un campo que lo repele. Esta levitación es una de las demostraciones más espectaculares de la física.
La explicación llegó en 1957 con la teoría de Bardeen, Cooper y Schrieffer. Los electrones, que normalmente se repelen, pueden atraerse indirectamente a través de las vibraciones de la red cristalina y formar pares, llamados pares de Cooper. Estos pares se comportan como bosones y se condensan en un único estado cuántico colectivo que fluye sin resistencia.
Los primeros superconductores requerían temperaturas cercanas al cero absoluto. En 1986 se descubrieron cerámicas basadas en óxidos de cobre que superconducen a temperaturas mucho mayores, por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido, que es barato y abundante. Su mecanismo aún no se comprende del todo, y es uno de los grandes problemas abiertos de la física de la materia condensada.
Un material que superconduzca a temperatura ambiente y presión normal revolucionaría la energía y la electrónica. Se han anunciado varios candidatos en los últimos años, pero ninguno ha superado la verificación independiente. Se han logrado superconductores a temperatura ambiente solo bajo presiones extremas.
Los imanes superconductores generan los potentes campos de las máquinas de resonancia magnética y de los aceleradores de partículas. Se utilizan en trenes de levitación magnética, cables de transmisión sin pérdidas en proyectos piloto y detectores de campos magnéticos extremadamente sensibles.
Muchos procesadores cuánticos usan circuitos superconductores como qubits, que operan a temperaturas de milésimas de grado sobre el cero absoluto. La ausencia de resistencia permite que los estados cuánticos duren lo suficiente para realizar cálculos.
El enfriamiento tiene un costo y requiere infraestructura, y los materiales cerámicos son frágiles y difíciles de fabricar en forma de cables. Superar estos obstáculos es esencial para ampliar su uso.
Los trenes de levitación magnética usan imanes superconductores para flotar sobre la vía, eliminando la fricción de las ruedas y alcanzando velocidades superiores a seiscientos kilómetros por hora en pruebas. El sistema japonés SCMaglev emplea bobinas superconductoras enfriadas con helio líquido. Aunque el costo de construcción es elevado, estos trenes son silenciosos, rápidos y consumen poca energía para mantenerse en suspensión, y siguen siendo una de las aplicaciones más vistosas del fenómeno.
La superconductividad es una manifestación macroscópica de la mecánica cuántica. Cada avance en este campo podría transformar la manera en que producimos, transportamos y usamos la energía.