Superconductores y superfluidos ex¨®ticos

El premio Nobel de F¨ªsica de este a?o ha sido concedido a tres veteranos de la f¨ªsica te¨®rica de la materia condensada por sus contribuciones a la comprensi¨®n de formas peculiares de la superconductividad y la superfluidez, fen¨®menos de bajas temperaturas caracterizados por el transporte de materia sin disipaci¨®n. Junto con el legendario f¨ªsico ruso Lev Landau, Vitaly Ginzburg desarroll¨® en los a?os cincuenta una teor¨ªa fenomenol¨®gica de la superconductividad que permiti¨® clasificar los conocimientos entonces existentes y que result¨® ser esencial para la posterior comprensi¨®n microsc¨®pica. Todav¨ªa hoy, la teor¨ªa de Ginzburg-Landau es utilizada profusamente en descripciones macrosc¨®picas de la superconductividad, as¨ª como en otras ¨¢reas de la F¨ªsica e incluso de las Matem¨¢ticas.

Alexei Abrikosov, entonces estudiante de Landau, aplic¨® dicha teor¨ªa de forma brillante para explicar y predecir las propiedades de los llamados superconductores de tipo II, que permiten una penetraci¨®n parcial del campo magn¨¦tico mediante la formaci¨®n de v¨®rtices (tornados cu¨¢nticos). Aunque desarrollado en 1953, el trabajo de Abrikosov no fue publicado hasta 1957 debido a la fuerte y equivocada oposici¨®n de Landau. Todos los superconductores de alta temperatura descubiertos desde 1987 son de tipo II, como los son tambi¨¦n los materiales utilizados para generar altos campos magn¨¦ticos en aceleradores de part¨ªculas y reactores de fusi¨®n.

Si la superconductividad es conducci¨®n de electrones sin disipaci¨®n, la superfluidez es flujo de ¨¢tomos neutros sin fricci¨®n. Ambos fen¨®menos requieren la existencia de bosones, part¨ªculas que gustan de ocupar el mismo estado cu¨¢ntico a temperaturas muy bajas. Al igual que los electrones, los ¨¢tomos de helio-3 se encuentran con la dificultad de que son fermiones, esto es, part¨ªculas individualistas que s¨®lo pueden superfluir a temperaturas muy bajas, cuando se agrupan para formar parejas de car¨¢cter bos¨®nico. A principios de los a?os setenta, Anthony Leggett desarroll¨® los trabajos que permitieron explicar la compleja superfluidez del helio-3. La presencia simult¨¢nea de dos contribuciones al momento angular en cada pareja de ¨¢tomos, una debida a la suma de los momentos intr¨ªnsecos de cada ¨¢tomo y otra debida al movimiento orbital de los dos ¨¢tomos, da lugar a una rica estructura de fases macrosc¨®picas. La ruptura de simetr¨ªa es un concepto central en la f¨ªsica moderna. A bajas temperaturas, un sistema f¨ªsico adopta configuraciones con menor simetr¨ªa que la de sus fuerzas fundamentales. La superfluidez del helio-3 proporcion¨® el primer ejemplo de ruptura de simetr¨ªa m¨²ltiple y su comprensi¨®n ha tenido influencia en la f¨ªsica de cristales l¨ªquidos, la f¨ªsica de part¨ªculas elementales y la cosmolog¨ªa.

Posteriormente, Tony Leggett ha contribuido a reavivar el debate sobre los fundamentos de la f¨ªsica cu¨¢ntica, proponiendo experimentos que prueban la naturaleza cu¨¢ntica de la materia a escala macrosc¨®pica. Bajo la estela de sus trabajos sobre disipaci¨®n cu¨¢ntica, se han realizado experimentos que han permitido observar efectos genuinamente cu¨¢nticos en anillos superconductores.

Leggett, con quien he tenido la fortuna de trabajar en los ¨²ltimos a?os, es un cient¨ªfico de s¨®lida cultura humanista. Estudi¨® el bachillerato de letras y luego filolog¨ªa cl¨¢sica en Oxford. A los 20 a?os, sin m¨¢s formaci¨®n matem¨¢tica que la proporcionada unos a?os antes por un jesuita que se ofreci¨® a darle clases durante su verano preuniversitario, dio el salto a la f¨ªsica iniciando una fruct¨ªfera carrera.

Fernando Sols Lucia es director del Instituto Nicol¨¢s Cabrera de la Universidad Aut¨®noma de Madrid.