Un futuro senza resistenza

In un normale conduttore, come sono i cavi elettrici nelle nostre case, la corrente elettrica si comporta come un flusso di elettroni in un reticolo di cariche positive, gli ioni. Questo moto non è privo di impedimenti: la resistenza elettrica è proprio il risultato delle collisioni tra elettroni e ioni del reticolo, le quali provocano una dispersione dell'energia dei primi sotto forma di riscaldamento del reticolo stesso.
Questi urti sono alla base dell’effetto Joule, un fenomeno di dissipazione che provoca il riscaldamento di un conduttore percorso da corrente. Se, da una parte, questo effetto ci è utile per il funzionamento dell’asciugacapelli, del forno elettrico o delle lampade a incandescenza, dall’altro rappresenta una perdita di energia in tutte le linee di trasporto elettrico.
In generale, più è bassa la temperatura di un materiale, più la sua resistenza elettrica specifica diminuisce. Anche avvicinandosi allo zero assoluto, però, i conduttori tradizionali presentano comunque una resistenza elettrica. Nei superconduttori invece non solo la resistenza diminuisce repentinamente, ma raggiunge il valore zero: niente energia dissipata, niente calore, niente perdite.
Diversi materiali mostrano proprietà superconduttive quando vengono portati al di sotto della loro temperatura critica (che varia da sostanza a sostanza). Il risultato, però, è lo stesso per tutti: raffreddando sufficientemente questi elementi, la corrente elettrica inizia a scorrere al loro interno senza impedimenti o perdite. Se immaginassimo la “supercorrente” scorrere in un filo chiuso, il moto potrebbe continuare, in principio, all’infinito.
Un’altra straordinaria caratteristica della superconduttività è legata a effetti di tipo magnetico. Sulla superficie dei superconduttori si possono generare delle supercorrenti in grado di schermare completamente il campo magnetico esterno, con il risultato di annullare il campo magnetico interno del materiale.

In assenza di dissipazione, una volta iniettata in un superconduttore, una corrente può continuare a circolare per centinaia di migliaia di anni senza bisogno di generatori esterni.
In più, se la resistenza elettrica è nulla, il passaggio di corrente in questi materiali può arrivare a valori molto più alti rispetto a quelli sostenibili da un normale conduttore. La più ovvia applicazione dei superconduttori è perciò nel trasporto di elettricità: invece di costruire cavi con sezioni sempre più grandi per ridurre la loro resistenza, si possono costruire direttamente cavi superconduttori.
Un’alta corrente che scorre in un circuito chiuso produce anche un alto campo magnetico. Se il circuito è superconduttore, i campi magnetici generati possono essere molto intensi e venire utilizzati, per esempio, per la levitazione magnetica dei treni. La repulsione tra binari e vagoni è infatti in grado di sollevare il treno dalle rotaie. Viaggiando a pochi centimetri da terra, i treni a levitazione magnetica possono muoversi senza forza di attrito (a meno di quella dell’aria), senza rumori e vibrazioni, superando anche i 600 km/h, come già avviene in Giappone o in Cina.
I superconduttori vengono ampiamente utilizzati anche in ambito medico, in particolare nella risonanza magnetica. Per questo tipo di indagine, infatti, sono necessari dei campi magnetici molto intensi, che possono essere generati da bobine con filo in materiale superconduttore.
La superconduttività è quindi alla base di molte applicazioni specialistiche, ma ha dei grandi limiti, come la necessità di temperature molto basse per funzionare, condizione che richiede dei grandi costi per gli apparati di raffreddamento.
Per motivi teorici da un lato, ma anche molto pratici dall’altro, negli ultimi decenni sono stati cercati materiali capaci di supercondurre a temperature sempre più alte. È del 1986 la scoperta del primo materiale ceramico con temperatura critica di circa 30 K (–243 °C). Negli anni successivi sono stati sintetizzati materiali simili con temperature critiche sempre più alte, e una piccola rivoluzione è arrivata con il superamento della temperatura critica di 77 K (–196 °C). Per raffreddare i superconduttori con temperature critiche bassissime era infatti necessario utilizzare il costoso elio liquido. Una volta raggiunte temperature critiche più alte, è diventato sufficiente utilizzare il più economico azoto liquido, che bolle proprio a 77 K.
È facile immaginare perchè, nel momento in cui otterremo la superconduttività a temperatura ambiente, ogni ambito della nostra vita potrebbe essere rivoluzionato. Ed è proprio quello che dicono di aver ottenuto dei ricercatori dell’Università di Rochester.

Nel maggio 2023, il fisico srilankese Ranga Dias dell’università di Rochester degli Stati Uniti, ha annunciato la scoperta del primo materiale superconduttore a temperatura ambiente. L’idruro di lutezio con piccola percentuale di azoto diventerebbe, secondo gli studi di Dias, superconduttore a 21 °C e a una pressione circa 10 volte superiore a quella che si sperimenta nelle più profonde fosse oceaniche - sicuramente alta, ma raggiungibile con le tecnologie più moderne.
Il condizionale è d’obbligo: la comunità scientifica ha infatti manifestato una serie di dubbi sulla scoperta di Dias. Le ricerche che il fisico aveva portato avanti nel 2020 su un materiale simile, in grado di supercondurre a 15 °C, erano state ritirate: grazie ad alcune rianalisi, infatti, era emerso il dubbio in molti fisici che i dati trovati da Ranga Dias fossero stati falsificati.
Come andrà questa volta? Non resta che attendere per scoprirlo. La lezione, intanto, è sempre la stessa: la scienza è un insieme di conoscenze che si depositano nel tempo, frutto di un processo tanto lungo quanto umano. E gli esseri umani possono scegliere di agire per i motivi più disparati, nella vita come nella scienza. Questa naturale complessità non sottrae però potenza allo strumento scientifico, anzi: la forza della scienza sta proprio nella sua capacità di evolvere attraverso l’autocorrezione. E di sospettare, dubitare e mettere continuamente alla prova chi la produce, così come la sua stessa struttura di conoscenze.