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Elettricità senza freni Superconduttori di energia, frontiera del Duemila Elettricità senza freni Negli Usa sperimentato un materiale che non olire resistenza a -33° - In Urss il limite portato a -23°, in Italia a -183° - Applicazioni future: treni a levitazione, computer superveloci - A Pisa mille scienziati parlano di «materia condensata» Rubo il mestiere all'amico Antonio Barone dell'Università di Napoli, Maradona delle giunzioni Josephson, e mi interesso nuovamente di superconduttori, un fenomeno che è tornato di moda dopo la scoperta di nuovi materiali basati su leghe di rame e lantanio. La superconduttività è già nota da oltre mezzo secolo e fu scoperta a Leida da Kamerling Omnes, lo straordinario pioniere della fisica del freddo estremo. Raffreddando fin verso lo zero assoluto (circa 273,13 gradi sotto zero) alcuni metalli, come il piombo e il mercurio, Omnes si avvide, non senza sorpresa, che questi metalli perdevano completamente la resistenza elettrica al di sotto di una certa temperatura. Si tratta di una transizione di fase, improvvisa e a quei tempi inaspettata, che conduce a un nuovo stato del metallo in cui la corrente elettrica fluisce senza impedimento e quindi senza riscaldare il filo tramite fenomeni dissipativi. I superconduttori hanno quindi una potenzialità applicativa immensa ma hanno atteso decenni prima di realizzarla proprio a causa delle bassissime temperature richieste per ottenere la transizione di fase. Oltre a condurre l'elettricità, essi sono anche dei perfetti materiali diamagnetici in quanto espellono i campi magnetici. Si tratta di una proprietà collegata alla superconduttività: infatti l'ingresso del campo magnetico entro il materiale induce immediatamente correnti stabili che creano un campo uguale e opposto e che non si estinguono rapidamente come in un conduttore normale. Un catino fatto di-metattóH superconduttore farebbe levitare in aria una calamita tramite il campo magnetico poggiante sul fondo del catino. L'effetto Meisner viene già applicato in Giappone per far funzionare un treno sperimentale velocissimo (si vuole arrivare a ÓOO chilometri l'ora) che levita su rotaie superconduttrici. In queste applicazioni il maggiore ostacolo commerciale deriva dalla necessità di mantenere lungo un tracciato di centinaia o migliaia di chilometri delle temperature bassissime in rotaie fatte con metalli rari e costosi, come il niobio. La nuova classe di leghe (dette rusty copper o rame rugginoso nel gergo degli specialisti) promettono di essere molto meno costose in quanto il lantanio è metallo abbastanza diffuso ed inoltre non hanno bisogno di tecniche di raffreddamento da fantascienza. Non è neppure escluso che si arrivi ad ottenere dei superconduttori che siano tali alla temperatura ambiente. La spiegazione teorica del fenomeno-è contenuta nella teoria di Bardeen Copper e H'sémefer fàCS) che potreb¬ be andare incontro tuttavia a revisioni sostanziali se la si volesse applicare ai nuovi materiali. Una esposizione rigorosa della teoria BCS richiede una preparazione riservata agli specialisti. Posso tuttavia darne una esposizione intuitiva anche se imprecisa. Normalmente la corrente elettrica è trasportata nei metalli dagli elettroni contenuti nelle bande di conduzione, da quegli elettroni cioè che non sono legati a un atomo particolare. L'interazione di questi elettroni con il reticolo cristallino e con le vibrazioni termiche di questo finiscono per trasferire energia dagli elettroni al metallo che si scalda, un fenomeno ben noto ed utilizzato nelle lampade ad incandescenza e nelle stufe elettriche. Gli elettroni hanno carica negativa e il loro passaggio attraverso il reticolo cristallino del metallo attrae le cariche positive. Essi lasciano quindi dietro di sé una scia con un debole eccesso di carica positiva. Questa scia attrae un altro elettrone, per cui si forma uno stato legato di due elettroni detto dielettrone o coppia di Cooper. 3« la temperatura è troppo elevata, questo dielettrone viene subito distrutto dall'agitazione termica del reticolo. Se la si abbassa, il fluido elettronico può invece condensarsi in un nuovo fluido fatto di dielettroni cui tocca trasmettere l'elettricità. La coppia di Cooper ha solitamente dimensioni molto grandi (300 nanometri, un nanometro — un miliardesimo di metro) rispetto alla distanza media interatomica (sotto 1 nanometro). Inoltre richiede una certa energia per spezzarsi e il principio di esclusione di Pauli vieta la maggior parte delle configurazioni in cui finirebbero gli elettroni costituenti. Per queste ragioni il gas di dielettfoni è molto stabile e fluisce senza interagire con le irregolarità e gli scossoni del reticolo metallico: si ottiene cosi la superconduttività. I nuovi materiali non sono ancora adatti a tutte le applicazioni in quanto sono fragilissimi e perdono la su perconduttività quando li attraversa una corrente troppo intensa. Quasi certamente questi difetti saranno corretti almeno in parte nei prossimi anni. Ormai i laboratori di tutto il mondo si sono impegnati in questo tipo di ri' cerca con mezzi imponenti, data la posta in gioco. In Italia esistono vati gruppi che si occupano sia di sintetizzare nuovi materiali sia delle loro applicazioni alla nuova generazione di computer criogeni che utilizzano le giunzioni Josephson come elementi logici. Questi gruppi vanno sostenuti e incoraggiati se vogliamo mantenerci competitivi con la ricerca e lo sviluppò tecnologico a livello mondiale. Tullio Regge PISA — Quasi mille scienziati parteciperanno fino a venerdì alla settima conferenza della Società europea di fiics sulla «materia condensata». Il tema più attuale tra quelli in discussione riguarda i nuovi materiali superconduttori, cioè quelle leghe che, se portate a bassa temperatura, perdono la resistenza elettrica. Nelle ultime settimane si sono susseguiti annunci molto interessanti. Pochi giorni fa Lowell Wenguer e Juei Chen, negli Stati Uniti, hanno raggiunto l'effetto superconduttore ad appena 33 gradi sotto zero. E' di ieri la notizia di una speciale ceramica ottenuta da scienziati sovietici che diventa superconduttrice a -23° C. Due giorni fa è stato presentato a Milano un materiale superconduttore a -183° C ottenuto da ricercatori del Cnr. In Giappone si stanno provando materiali che risultano superconduttori addirittura a temperatura ambiente (11° C). In questo articolo Tullio Regge chiarisce 1 meccanismi fisici all'origine della superconduttività.