La scoperta della superconduzione
Nel 1908 gli studi sulle bassissime temperature condotte dal fisico olande
Heike Kammerlingh Onnes lo portarono a liquefare l'elio, ultimo tra i gas inerti
a essere condensato, portandolo a 4 K. Quel giorno solo pochi millilitri di
elio furono liquefatti da Onnes ma ciò aprì la strada all'esplorazione
di regioni di temperatura precedentemente irraggiungibili. Il fisico olandese
cominciò ad investigare le proprietà elettriche dei metalli a
temperature molto basse e nel 1911 la superconduttività fu scoperta per
la prima volta.
Le ipotesi volte a spiegare il fenomeno erano due: la prima voleva che gli
elettroni fossero "congelati" dall'abbassarsi della temperatura, la
seconda sosteneva il raggiungimento di un non ben definito valore minimo della
resistenza. La seconda ipotesi suggeriva una diminuzione della resistenza all'abbassarsi
della temperatura permettendo alla corrente un flusso imperturbato o quasi.
Onnes fece passare una corrente attraverso un filo di mercurio purissimo misurando
la resistenza al diminuire della temperatura. Non si osservò né
il livellamento in basso della resistenza né tanto meno il congelamento
degli elettroni. A 4.2 K la resistenza scomparve totalmente.
Secondo Onnes "il mercurio era passato in un nuovo stato che in base
alle straordinarie proprietà elettriche può essere indicato come
stato superconduttivo". Lo scienziato intuì subito l'importanza
della scoperta anche da un punto di vista commerciale: un conduttore privo di
resistenza può trasportare corrente a qualsiasi distanza senza perdite.
In uno dei suoi esperimenti Onnes fece passare una corrente in un filo chiuso
raffreddato a 4 K. Un anno dopo la corrente ancora fluiva nel filo senza perdite
misurabili. Onnes trovò che i superconduttori permettono l'esistenza
di quelle che lui chiamò correnti persistenti, cioè correnti
elettriche che continuano a fluire senza una differenza di potenziale che le
sostenga. Il fisico olandese vinse il premio Nobel per la Fisica nel 1913.
Ma anche un'altra caratteristica dello stato superconduttivo sbalordì
gli studiosi del tempo. Nel 1933 due fisici tedeschi, Karl Walther Meissner
e Robert Ochsenfeld, scoprirono che i superconduttori, oltre ad essere perfetti
conduttori di elettricità, sono anche dei perfetti materiali diamagnetici,
capaci cioè di espellere il flusso magnetico che contengono quando vengono
raffreddati al di sotto della propria temperatura di transizione.
Questa espulsione del flusso magnetico è nota oggi come Effetto
Meissner. L'Effetto Meissner avviene solo se il campo magnetico è
relativamente piccolo. Se questo è troppo grande penetra nel superconduttore
e il metallo perde il suo stato superconduttivo. Assieme all'assenza di resistenza,
è stata proprio questa capacità di espellere il flusso magnetico
a suscitare gli enormi interessi di ricerca nel campo della superconduttività.
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