Segrete simmetrie

Sono trascorsi 17 anni da quando i fisici Karl Alex Mueller e Georg Bednorz scoprirono, all’Ibm di Zurigo, che gli ossidi di rame, al di sotto dei 35 gradi Kelvin, sono superconduttori. Non oppongono cioè quasi alcuna resistenza al passaggio di energia. Una scoperta che, oltre a dare il via un settore di ricerche quanto mai attivo, ha aperto le strade alla realizzazione di rete elettriche di ultima generazione. Come a Detroit, dove in via sperimentale da due anni la distribuzione di energia elettrica avviene grazie a cavi superconduttori. Eppure, nonostante ci siano già delle applicazioni, il fenomeno della superconduttività dal punto di vista teorico è ancora in gran parte oscuro. Ad aprire una breccia è ora un fisico italiano che insegna all’Università di Yale (Usa): Francesco Iachello. Che ha esposto la sua teoria – cioè che la superconduttività sia governata da simmetrie – la scorsa settimana a Erice, durante un seminario internazionale organizzato dal Centro di cultura scientifica “Ettore Majorana”. “Sono convinto dell’idea di Iachello”, ha dichiarato in quell’occasione lo stesso Mueller, vincitore con Bednorz del Nobel per la Fisica nel 1987 proprio per la scoperta ottenuta l’anno precedente sulla proprietà degli ossidi di rame, annunciando che collaborerà con il fisico italiano. “Ormai ho 76 anni, e non so fino a quando potrò essere utile alla ricerca, tuttavia ho accettato di incamminarmi in questa affascinante avventura”. La nuova ipotesi di Iachello è figlia di un’altra teoria elaborata dal fisico italiano alla fine degli anni Settanta, il modello di struttura nucleare a bosoni interagenti il quale prevedeva che negli spettri dei nuclei atomici esistessero delle simmetrie. Un’idea poi provata sperimentalmente nel corso degli ultimi anni da laboratori tedeschi, svizzeri e statunitensi. Riscontri positivi che hanno convinto il fisico italiano a esportare la sua teoria in altri campi come, appunto, la superconduttività. “Quello delle simmetrie”, spiega Iachello, “è un concetto molto antico, usato, per esempio, anche dai greci per caratterizzare i mosaici. Anche in fisica le simmetrie sono di fondamentale importanza: un vero pilastro”. Nel caso del modello della struttura nucleare, Iachello ha scoperto che i protoni e i neutroni tendono a unirsi in coppie (protoni con protoni, neutroni con neutroni), che le particelle accoppiate si comportano come bosoni, e che il loro movimento all’interno dei nuclei è controllato da simmetrie. Un modello che ora il fisico vuole trasferire alla superconduttività. “In questo caso due elettroni si mettono insieme per formare la cosiddetta coppia di Cooper, che è, anche in questo caso, un bosone”, spiega Iachello. Ora Iachello e Mueller, in nome della similitudine fra i due campi, intendono trasferire le tecniche sviluppate nella fisica nucleare alla superconduttività. Fra gli obiettivi quello di individuare nuovi materiali con capacità superconduttive, che mantengano questa intrinseca proprietà a temperature più vicine a quelle ambientali. Oggi, infatti, i materiali superconduttori devono, necessariamente, operare a temperature piuttosto basse e per raffreddarli viene impiegato l’azoto liquido. Ma ancor prima di ricercare nuovi materiali, la coppia di scienziati intende capire come funziona il meccanismo. “A distanza di 17 anni dalla sperimentazione”, spiega il Nobel, “i fisici teorici non hanno fornito alcun contributo per migliorare le prestazioni della superconduttività, un effetto quantico ma, nel contempo, macroscopico. Tutta l’industria lavora ancora oggi sugli ossidi di rame, mentre ritengo che vadano ricercati nuovi materiali”. Generalmente, nella ricerca di base, sono le teorie a predire gli effetti. Solo dopo entra in gioco la sperimentazione per verificare la validità dell’ipotesi scientifica. Nella superconduttività, invece, è stato scoperto l’effetto con la sperimentazione in assenza di una teoria predittiva che, adesso, si cerca per apportare miglioramenti all’intero settore. “Oggi”, afferma ancora Mueller, “le tecniche sono abbastanza affinate: la American Superconductor e la Pirelli hanno raggiunto una buona capacità di realizzazione di cavi superconduttori. Questo, però, non deve rallentare gli studi: l’acquisizione di nuove conoscenze potrebbe portare a ottenere fenomeni quantici a temperature molto più vicine a quelle ambientali”.