Física y Quimica

Premios Nobel de Física 2003

Premios Nobel

 

 

 

 

 

Fotos y esquemas: Fundación Nobel

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    Premio Nobel de Física 2003

Este año el Nobel de Física se ha otorgado a tres científicos que han contribuido a entender la naturaleza de los fenómenos cuánticos de la superconductividad y la superfluidez del helio3.

"por sus contribuciones pioneras a las teorías de los superconductores y superfluídos"

Alexei Abrikosov. U.S.A y Rusia (izda)

Vitaly Ginzburg. Rusia (centro)

Anthony Legget. Reino Unido y U.S.A. (dcha)

Superconductividad (SC) es la característica intrínseca de ciertos materiales, cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas, para conducir corriente sin resistencia ni pérdidas.

Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el Físico Alemán H. Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del Mercurio desaparecía cuando se enfriaba a 4ºK.

Tales materiales superconductores tienen también la propiedad de repeler el campo magnético (efecto Meissner).

Los que repelen el campo  magnético completamente son los llamados superconductores tipo I. Éstos dejan de ser superconductores si son sometidos a campos magnéticos externos por encima de un cierto valor.

Los superconductores tipo II, presentan un  efecto Meissner sólo parcial, mostrando zonas donde el campo magnético puede atravesarlos y se mantienen superconductores aún en presencia de poderosos campos magnéticos.

Ginzburg construyó la denominada teoría de Ginzburg-Landau, TGL,  (primeros años de la década de 1950), que proporciona dos ecuaciones que han servido, y siguen sirviendo, para interpretar muchos resultados y hacer importantes predicciones en el campo de la superconductividad.

 Alexei Abrisokov interpretó el mecanismo que describe el comportamiento de los superconductores tipo II, concluyendo que al aumentar el campo magnético el superconductor, en vez de dejarse inundar de golpe por el campo, perdiendo la superconductividad, se deja atravesar por filamentos (vórtices) de campo, distribuidos geométricamente, manteniendo superconductor el volumen no perforado. Cuando el campo crece, crece el número de vórtices, hasta que para campos magnéticos, normalmente muy elevados, la densidad de los vórtices es tan elevada que la superconductividad no tiene donde sobrevivir.

Hoy sabemos que muchas aleaciones y compuestos, incluso dos elementos, niobio y vanadio, presentan la superconductividad predicha por Abrikosov.

Anthony Leggett combinó las teorías de Landau para líquidos con spín semientero, la teoría microscópica de la superconductividad y la teoría de la resonancia magnética nuclear para explicar la superfluidez del helio.

El 4He y el 3He se hacen líquidos cerca del cero absoluto y no pasan a sólido al bajar la temperatura a no ser que se aumente la presión a más de 20 atm, entonces, aparecen efectos cuánticos que causan la desaparición de la viscosidad volviéndose superfluídos. Como consecuencia, el líquido puede atravesar poros que un líquido normal no podría al quedar frenado por la fricción.

En la teoría microscópica de la superconductividad los electrones, cuyo spín es 1/2, encuentran maneras de formar parejas con spín cero (pares de Cooper)

El 3He superfluído consistiría en pares de átomos. Estos pares de átomos tendrán propiedades magnéticas, lo que significaría que el líquido sería anisótropo, mostrando diferente propiedades en diferentes direcciones. Medidas del campo magnético muestran que, en realidad,  el superfluído muestra una mezcla de tres fases diferentes que poseen diferentes propiedades y la proporción en que aparecen depende de la temperatura, presión y campos magnéticos externos