Física

Superconductividad exótica


(NC&T) El hallazgo es obra del físico Andrei Lebed, profesor en la Universidad de Arizona.

Entender la naturaleza física de los pares de electrones que definen a los superconductores es uno de los problemas más importantes en la física de la materia condensada.

Hace medio siglo, Leon Cooper descubrió que los electrones en un superconductor no actúan como partículas individuales sino como parejas, los ahora llamados "pares de Cooper". Cuando se aplica voltaje eléctrico a un superconductor, todos los pares de Cooper se mueven como una sola entidad, estableciendo una corriente eléctrica. Cuando se suprime el voltaje, la corriente continúa fluyendo indefinidamente porque no hay resistencia al movimiento de los pares de Cooper. Esto sólo funciona normalmente a temperaturas muy bajas. Cuando el superconductor se calienta, sus pares de Cooper se separan en electrones individuales y el material se vuelve normal, no superconductor.

Los científicos siempre han pensado que el par de Cooper debe comportarse como una partícula elemental. Contrariamente a la teoría más aceptada, Andrei Lebed y sus colegas han demostrado que esos pares de electrones no son partículas elementales inalteradas, sino objetos complejos con características que dependen de la fuerza del campo magnético.

Superconductividad exótica
Andrei Lebed. (Foto: University of Arizona)
Lebed ha descubierto ahora que los campos magnéticos extremadamente fuertes crean pares de Cooper exóticos que se comportan según las extrañas leyes de la mecánica cuántica: los pares de electrones están simultáneamente girando y no girando. Se comportan como una especie de microscópicos "huracanes cuánticos".

Otra propiedad magnética inesperada y dependiente del campo magnético es la reflexión de tipo espejo.

Como los pares de Cooper son objetos cuánticos, se comportan como partículas y como ondas estacionarias. Lebed halló que en presencia de campos magnéticos fuertes, la simetría como ondas de los pares de Cooper se rompe. Las ondas reflejadas no se parecen a las ondas originales. "Es como si la onda del par de Cooper viera a otra diferente al mirarse en el espejo", explica Lebed. "Es como la aventura de Alicia en el País de las Maravillas, donde los espejos son raros y funcionan mal".

Lebed y Omjyoti Dutta (de la Universidad de Arizona), están colaborando ahora en estudios teóricos más detallados sobre las características de esta superconductividad exótica. Han descubierto recientemente que la simetría de "inversión del tiempo" se rompe en los pares de Cooper exóticos.

La simetría de la inversión del tiempo es la idea de que las más fundamentales leyes de la física no cambiarían si el tiempo discurriese hacia atrás en lugar de hacia adelante. Esta es la simetría más fundamental en la física, y sólo se rompe en algunos raros procesos de física de altas energías o de física de partículas elementales.

Sin embargo, los físicos de la Universidad de Arizona han encontrado que esa simetría de la inversión del tiempo se rompe debido al fenómeno citado del giro y no giro simultáneos. "La mitad de los electrones de los pares de Cooper exóticos "ve" el tiempo discurriendo desde el pasado hacia el futuro, mientras que la otra mitad "ve" el tiempo discurriendo desde el futuro hacia el pasado", explica Lebed.


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