Le spiegazioni teoriche

I modelli quantistici sviluppati negli anni trenta potevano spiegare la conduttività nei metalli normali, ma non lo stato superconduttivo. Nel 1957 gli scienziati cominciarono a scardinare il mistero che attanagliava il fenomeno superconduttivo. Tre fisici americani dell'Università dell'Illinois, John Bardeen, Leon Cooper e Robert Schrieffer svilupparono un modello per la comprensione dei fenomeni fisici microscopici che accadono nello stato superconduttivo. Il modello è basato su considerazioni di meccanica quantistica e l'idea di base prevede che in un superconduttore gli elettroni condensino in uno stato quantistico di energia minima e viaggino collettivamente e coerentemente. Secondo questo modello gli elettroni di conduzione si propagano senza incontrare resistenza perché si muovono in coppie, le cosiddette coppie di Cooper. Nel 1972 i tre scienziati vinsero il premio Nobel per la Fisica e da allora la loro teoria microscopica della superconduttività è indicata come teoria BCS.

Nel 1962, Brian D. Josephson, ricercatore all'Università di Cambridge, studiò due superconduttori separati da uno strato di materiale isolante che agisce da barriera al flusso di corrente. Ebbene, nel caso lo spessore della barriera non sia troppo grande le coppie di Cooper possono passare per effetto tunnel attraverso la barriera senza dividersi, e quindi la giunzione funziona come un debole superconduttore. La corrente critica, vale a dire la supercorrente massima che può attraversare la giunzione, dipende dalla dimensione della giunzione, dal tipo di materiale superconduttore e dalla temperatura. Questo fenomeno, che prende il nome di effetto Josephson, fu verificato alcuni mesi più tardi da Philip W. Anderson e John M. Rowell dei Bell Telephone Laboratories. Nel 1973 Josephson ricevette il premio Nobel per la Fisica in onore dell'effetto che era ormai universalmente riconosciuto come effetto Josephson.

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