Opinione

Jul 11, 2023

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Saggio dell'ospite

Di Andrew Coté

Il signor Cote è un fisico ingegnere che ha lavorato con i superconduttori nei laboratori di fisica della materia condensata e negli acceleratori di particelle e ha progettato sistemi magnetici superconduttori per la fusione nucleare.

Le ultime tre settimane hanno assistito alla drammatica ascesa e caduta di un nuovo candidato per il Santo Graal della scienza dei materiali: un superconduttore che funziona a temperatura ambiente. Il 22 luglio, un gruppo di ricercatori della Corea del Sud ha riferito le proprie scoperte su un composto chiamato LK-99, sostenendo che la sua scoperta rappresentava un “momento storico completamente nuovo” che avrebbe “aperto una nuova era per l’umanità”. Ne seguì una chiassosa frenesia di discussioni di fisica online e pubblicazioni a raffica, per poi crollare due settimane dopo. L'LK-99, a quanto pare, è stato un fallimento.

L'interesse pubblico attorno a LK-99 era un fenomeno sociale oltre che scientifico. L'enorme volume di discussioni online su bacheche, chat di gruppo, Reddit e X, l'app precedentemente nota come Twitter, ha attirato l'attenzione dei ricercatori che hanno iniziato a eseguire simulazioni ed esperimenti per replicare o confutare le affermazioni del team coreano. Per un breve momento, un vasto pubblico di persone nuove alla superconduttività ha trovato un’improvvisa attrazione per un’area di nicchia della scienza dei materiali, cercando una risposta a una domanda raramente sentita ma profonda: l’umanità era appena entrata in una nuova età dell’oro?

Ogni volta che l’energia elettrica scorre attraverso una linea di trasmissione, una parte viene persa sotto forma di calore disperso, una tassa onnipresente imposta dalle leggi della natura. Il potenziale miracoloso dei superconduttori è che trasportano l'elettricità su grandi distanze con perfetta efficienza. Se mai riuscissimo a capire come produrli a basso costo e farli funzionare a temperatura ambiente anziché solo a centinaia di gradi sotto zero, ciò rivoluzionerebbe la nostra economia e aiuterebbe a salvare l’ambiente. I superconduttori possono anche realizzare imprese come potenti campi magnetici e levitazione a mezz’aria, rendendo possibili nuove categorie di dispositivi elettronici, computer e modalità di trasporto.

Sfortunatamente, il materiale con la temperatura più alta attualmente conosciuta è superconduttore, lo fa solo a -10 gradi, mentre deve essere messo sotto una pressione di circa 1,9 milioni di atmosfere. I materiali che superconducono a pressione ambiente richiedono temperature inferiori a circa -150 gradi, limitando il loro utilizzo ad applicazioni in cui vale la pena l'ingegneria criogenica, come l'imaging medico e la fisica sperimentale.

La ricerca della temperatura ambiente

superconduttore

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno scoperto materiali che superconducono a temperature sempre più elevate.

100°F

Temperatura ambiente

0

Molti dei superconduttori con temperature più elevate richiedono una pressione estrema, da 100.000 a milioni di atmosfere, per funzionare.

-100

-200

-300

Nitrogeno liquido

-400

Idrogeno liquido

1940

1960

1980

2000

2020

La ricerca di un superconduttore a temperatura ambiente

Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno scoperto materiali che superconducono a temperature sempre più elevate.

100°F

Temperatura ambiente

0

Molti dei superconduttori con temperature più elevate richiedono una pressione estrema, da 100.000 a milioni di atmosfere, per funzionare.

-100

-200

-300

Nitrogeno liquido

-400

Idrogeno liquido

1940

1960

1980

2000

2020

Fonte: basato sul lavoro di tesi pubblicato da Olivier Gingras (2021) e Pia Jensen Ray (2015).

Grafica di Sara Chodosh.

Queste proprietà sono rese possibili nei superconduttori dal modo in cui gli elettroni si muovono in modo diverso attraverso di essi rispetto ai metalli comuni. Nel rame e in altri materiali elettricamente conduttivi, immagina una sfera di corrente elettrica lasciata cadere nella parte superiore di una macchina Plinko, che rimbalza sui pioli fino in fondo. Ogni rimbalzo trasferisce un po' di energia dalla palla al picchetto: questa è la tassa sul calore in azione. In un superconduttore, le sfere di corrente elettrica scivolano dolcemente, come biglie lungo una pista. Nessun calore, nessuna perdita di energia.