Para que los metales conduzcan la electricidad sin pérdidas, deben enfriarse casi hasta el cero absoluto. Ese fue el mantra de la física durante décadas. Pero Alex Müller demostró lo contrario.
El premio Nobel de Física suizo Alex Müller en 2006.
Todo el mundo conoce el Festival de Woodstock. En agosto de 1969, estrellas de rock como Jimi Hendrix, Janis Joplin y Grateful Dead actuaron en un campo en el norte del estado de Nueva York y deleitaron a una audiencia intoxicada. El legendario festival, que duró tres días, se considera el punto culminante del movimiento hippie.
Mucho menos conocido es el Festival de Física de Woodstock. Tuvo lugar en marzo de 1987 en Nueva York como parte de la reunión de primavera de la American Physical Society. La estrella del evento no fue una banda de rock, sino el físico suizo Alex Müller. Varios miles de físicos escucharon fascinados mientras presentaba un descubrimiento innovador que había realizado un año antes con su colega alemán Georg Bednorz en el centro de investigación de IBM en Zúrich. Los dos habían descubierto un material cerámico que pierde su resistencia eléctrica por debajo de una temperatura de -238 grados centígrados. Comparado con los superconductores conocidos hasta entonces, esa era una temperatura sensacionalmente alta. Generó esperanzas de que la electricidad pronto podría enrutarse desde las centrales eléctricas hasta los consumidores sin pérdidas.
Otros oradores siguieron a Müller, quien mientras tanto saltó al nuevo campo de la superconductividad a alta temperatura. El evento no terminó hasta las primeras horas de la mañana y dio a los asistentes la impresión de haber presenciado un momento histórico. La importancia del descubrimiento tampoco pasó desapercibida para el Comité del Premio Nobel. Solo unos meses después de lo ocurrido en Nueva York, Müller y Bednorz recibieron el Premio Nobel de Física.
Acuñado por Paul Scherrer y Wolfgang Pauli
Müller nació en Basilea en 1927 y creció inicialmente en Lugano. Después de la temprana muerte de su madre, pasó sus días escolares en un internado en Schiers, en el cantón de los Grisones. Como ávido aficionado a la radio, quería estudiar ingeniería eléctrica, pero un maestro lo convenció de que estudiara física.
A partir de 1946 asistió a las conferencias del carismático físico nuclear Paul Scherrer en la ETH de Zúrich. Debido a las bombas atómicas lanzadas sobre Japón, su año fue designado como un semestre de bombas atómicas, escribe Müller en uno nota biográfica para el Comité del Premio Nobel. Posteriormente, Müller tomó cursos con Wolfgang Pauli. El famoso físico lo impresionó con su profundo conocimiento de la naturaleza, pero Müller vio su futura carrera no en la física teórica sino en la investigación aplicada.
Después de varios puestos, Müller terminó en 1963 en el laboratorio de investigación de IBM en Rüschlikon. Allí desarrolló una pasión por una clase de materiales llamados perovskitas. La característica distintiva de estos materiales es su estructura cristalina especial.
En 1983, cuando Müller ya tenía 56 años, tuvo una idea que iba a encaminar su vida investigadora en una nueva dirección. ¿Era posible que las perovskitas se convirtieran en superconductoras bajo ciertas condiciones? Eso no era muy probable, porque los materiales cerámicos se consideraban malos conductores eléctricos. Pero Müller no se dejó intimidar por esto. Incluso pensó que era posible que los electrones que transportan corriente en las perovskitas interactúen más fuertemente con la red cristalina que en los superconductores convencionales y, por lo tanto, formen enlaces de pares más fuertes entre sí.
A diferencia de los electrones individuales, los electrones apareados pueden moverse a través de una red cristalina sin pérdida de energía. Debido al enlace más fuerte, a Müller se le ocurrió la idea de que los electrones podrían permanecer emparejados incluso a temperaturas a las que normalmente se separarían.
Müller y Bednorz rompen la barrera del sonido
Junto con Bednorz, Müller comenzó a buscar perovskitas adecuadas. Después de varios contratiempos, terminaron con el compuesto de óxido de lantano-bario-cobre a fines de 1985. He aquí que se confirmó la suposición de Müller. La conexión transportó electricidad sin pérdidas hasta una temperatura de -238 grados centígrados. Con esto, Müller y Bednorz rompieron el récord de superconductividad de décadas de antigüedad de -250 grados Celsius.
Alex Müller (izquierda) y Georg Bednorz en su laboratorio en el centro de investigación de IBM en Rüschlikon.
Pero ese era sólo el inicio. La noticia de la nueva conexión superconductora pronto llegó a otros investigadores. Comenzaron a experimentar con otros compuestos de perovskita. En solo unos meses, fue posible aumentar la temperatura a la que se produce la superconductividad a -180 grados centígrados. Esto significó que los superconductores de alta temperatura ya no tenían que enfriarse con helio líquido, el nitrógeno líquido era suficiente.
Un sueño parecía hacerse realidad. Las aplicaciones como los trenes de levitación magnética superconductores o las redes eléctricas que conducen la electricidad sin pérdida de repente se volvieron factibles. Este estado de ánimo eufórico caracterizó al Festival de Física de Woodstock. De repente todo parecía posible.
Pero la resaca pronto siguió a la euforia. Solo dos años después preguntó la revista científica «Science»: «¿Se acabó la fiesta?» Al final resultó que, se habían subestimado las dificultades que surgen cuando se intenta utilizar los nuevos superconductores para aplicaciones técnicas. Por un lado, las perovskitas son cerámicas quebradizas que no se pueden estirar fácilmente en alambres. Por otro lado, los investigadores descubrieron que los nuevos superconductores solo pueden tolerar una corriente limitada. Si envía demasiada corriente a través de ellos, la superconductividad colapsa. El superconductor se convierte en un conductor ordinario con resistencia eléctrica.
Hoy estos problemas han sido parcialmente superados. Los compuestos cerámicos se pueden usar para formar alambres o cintas que pueden conducir altas corrientes. Estos hacen que las máquinas y los motores sean más eficientes. En el CERN, los superconductores de alta temperatura conducen la corriente sin pérdidas a los imanes superconductores del acelerador de partículas. Aquí y allá también hay redes eléctricas en las que la corriente fluye en secciones a través de cables cerámicos.
Sin embargo, los superconductores de alta temperatura descubiertos por Müller y Bednorz aún no se han generalizado. Las bobinas magnéticas en la mayoría de los tomógrafos de resonancia magnética todavía están enrolladas con superconductores convencionales.
Müller lucha por su legado científico
Incluso después de su revolucionario descubrimiento, Müller no podía dejar de lado los superconductores de alta temperatura. En la Universidad de Zurich, continuó trabajando en este campo después de su jubilación y publicó numerosos trabajos. La atención se centró principalmente en la comprensión teórica de la superconductividad a alta temperatura.
La pregunta de qué une a los electrones con tanta fuerza en los superconductores de perovskita no ha sido respondida incluso después de más de 35 años. Si lo supiera, posiblemente podría desarrollar materiales que conduzcan la electricidad sin pérdida a temperaturas aún más altas. Müller estaba convencido de que la red cristalina oscilante de las perovskitas jugaba un papel crucial. Sin embargo, otros investigadores están convencidos de que el acoplamiento inusualmente fuerte entre los electrones tiene un origen magnético.
La controversia tiene las características de una lucha religiosa y se lleva a cabo con amargura. Müller fue así acusado de no poder basar su descubrimiento en una comprensión física de las perovskitas, sino en pura coincidencia. Müller no quería dejar que eso se le echara encima. Luchó por su legado científico hasta bien entrada la vejez. Murió el 9 de enero de 2023 a la edad de 95 años.
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