Un kit educativo para explicar la levitación cuántica de manera magistral

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El grupo de superconductividad de la Universidad de Tel Aviv, dirigido por el profesor Guy Deutscher, dedica parte de su tiempo de investigación a una acción muy loable: hacer la física de los superconductores accesible a jóvenes y adultos a través de la explicación de fenómenos únicos como la levitación/captura cuántica.

Para ello distribuyen kits educativos de demostración (estarán disponibles en breve), formados por un disco y una especie de carriles de imanes, para provocar estos efectos físicos de una manera didáctica y ciertamente intuitiva, como se puede ver en este vídeo.

Algunos modelos de trenes de levitación magnética, o maglev, emplean esta física para levitar y permitirles así circular a altas velocidades, limitadas sólo por la resistencia del aire a su avance.

En este caso el tren se convierte en un disco, una oblea de cristal de zafiro cubierta con una capa fina (~ 1um de espesor) de un material cerámico compuesto de óxidos de itrio, bario y cobre (YBa 2 Cu 3 O 7-x ). Esta capa cerámica no tiene propiedades magnéticas o eléctricas interesantes a temperatura ambiente.

Sin embargo, cuando se enfría el disco por debajo de -185 ° C con nitrógeno líquido (que no viene en el kit, al igual que el plástico de cocina protector) el material se convierte en un superconductor, conduciendo la electricidad sin resistencia, sin pérdida de energía.

Y aquí entran los imanes en el juego. La superconductividad y los campos magnéticos no se llevan nada bien. Cuando sea posible, el superconductor expulsará todas las líneas del campo magnético desde su interior. Este es el efecto Meissner que rige la levitación magnética.

En este caso, puesto que el superconductor es extremadamente delgado, el campo magnético no penetra. Sin embargo, sí que, en cantidades discretas (se trata de la física cuántica, después de todo) entran los llamado tubos de flujo.

Dentro de cada tubo de flujo magnético la superconductividad está localmente destruida. Así que el superconductor trata de mantener los tubos magnéticos “agarrados” en las zonas débiles (por ejemplo, en los límites de grano).

Cualquier movimiento espacial del superconductor hará que los tubos de flujo se muevan con él como si fueran tensores, quedando el superconductor "atrapado" en el aire, de tal forma que mantiene la distancia sin fricción con el cuerpo que genera el campo, conservando incluso una posición determinada. Es el fenómeno de la “captura cuántica” y parece cosa de magia.

Pero no es magia. Es sólo física. Y este profesor la explica de manera magistral.

Más info, fotos y pedidos del kit: Quantum Levitation Dotcom