Dr. José Manuel Nieto Jalil / Director del Departamento Regional de Ciencias en la Región Centro-Sur Tecnológico de Monterrey Campus Puebla
El 8 de abril de 1911, el físico neerlandés Heike Kamerlingh Onnes realizó un descubrimiento revolucionario en física de materiales al observar que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía al enfriarlo a una temperatura cercana a los 4 Kelvin (-269 °C). Este fenómeno, que se denominó superconductividad, abrió un nuevo campo de estudio en la física y la ingeniería.
La superconductividad es un estado cuántico en el que ciertos materiales pueden conducir electricidad sin ninguna resistencia. Esto implica que una corriente eléctrica puede fluir indefinidamente sin pérdida de energía, desafiando las limitaciones impuestas por la resistencia eléctrica en los materiales convencionales.
El descubrimiento de Onnes fue un hito que llevó a la posibilidad de aplicaciones tecnológicas revolucionarias.
Una de las aplicaciones más prometedoras es el transporte de energía eléctrica sin pérdidas, algo que podría transformar radicalmente la eficiencia de las redes eléctricas.
Este principio también subyace en tecnologías avanzadas como los imanes superconductores utilizados en los trenes de levitación magnética y los aceleradores de partículas en física de altas energías.
A nivel teórico, la superconductividad proporcionó una plataforma para explorar los límites de la física cuántica.
En 1957, los físicos John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer desarrollaron la teoría BCS (letras de sus apellidos), que explica la superconductividad a temperaturas relativamente bajas en términos de la formación de pares de electrones, conocidos como pares de Cooper, que se comportan como un único estado cuántico coherente.
El panorama cambió radicalmente entre 1986 y principios de 1987 cuando un grupo de investigadores del laboratorio de IBM en Zúrich, Suiza, liderado por Johannes Georg Bednorz y Karl Alexander Müller, hizo un descubrimiento revolucionario.
Ellos encontraron que ciertos óxidos cerámicos, conocidos como cupratos, podían ser superconductores a temperaturas sorprendentemente altas, alrededor de -181 °C (92 K), y lo que es aún más significativo, por encima de la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido, que es de -196 °C (77 K).
Este descubrimiento no sólo desafió las teorías existentes sobre la superconductividad, sino que también abrió una nueva era en la investigación de materiales.
La superconductividad a altas temperaturas mostró una nueva faceta con estos descubrimientos. Este avance no solo fue reconocido con el Premio Nobel de Física en 1987 para Bednorz y Müller, sino que también catalizó una explosión de investigaciones en superconductores de alta temperatura en todo el mundo.
La superconductividad no sólo representa una fascinante área de investigación teórica, sino también una promesa tangible para el futuro de la tecnología y la energía. Si se logra dominar completamente, podría permitir la transmisión de energía de manera mucho más eficiente, dispositivos médicos avanzados como los imanes para resonancia magnética (MRI) más poderosos, y contribuir al desarrollo de tecnologías cuánticas como la computación cuántica y la creación de materiales exóticos con propiedades únicas.
A medida que la investigación continúa, los científicos buscan descubrir nuevos materiales que puedan convertirse en superconductores a temperaturas aún más altas, idealmente a temperatura ambiente. Este objetivo, aunque desafiante, podría revolucionar la forma en que manejamos y utilizamos la energía, abriendo nuevas fronteras en la tecnología y la ciencia.
Paralelamente al descubrimiento de la superconductividad, aparecieron los primeros imanes superconductores, lo que abrió la posibilidad de conquistar la energía de las estrellas.
Este avance permitió a los científicos comenzar a trabajar en la construcción de reactores de fusión nuclear, capaces de desencadenar en su interior reacciones nucleares parecidas a las que ocurren dentro de las estrellas, con el potencial de producir enormes cantidades de energía limpia.
La energía de fusión consiste en la fusión de dos átomos pequeños, como los isótopos de hidrógeno, creando uno más grande, como el helio.
Sin embargo, uno de los desafíos insalvables de esta tecnología es el confinamiento del plasma, un gas caliente y cargado, a temperaturas tan elevadas que la única forma de mantenerlo en un recipiente es mediante un campo magnético muy intenso.
En este contexto, varios proyectos de investigación han estado trabajando en el desarrollo de tecnologías viables para la energía de fusión.
Uno de los desarrollos más destacados en años recientes es el anuncio de un nuevo superimán por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la compañía Commonwealth Fusion Systems (CFS).
Crearon un gran electroimán superconductor de alta temperatura que ha conseguido elevar su potencia hasta una intensidad de campo de 20 teslas, el campo magnético más poderoso de su tipo jamás creado en la Tierra. Este avance representa un paso significativo hacia la realización de reactores de fusión práctica y la producción de energía limpia y sostenible a escala industrial.
Este anuncio constituye un nuevo avance en el camino hacia la construcción de la primera planta de energía de fusión comercial, materializando la promesa de una energía casi ilimitada, limpia, segura y a bajo costo.
Es importante destacar que los reactores de fusión no replican exactamente la misma reacción de fusión que ocurre en las estrellas. Paradójicamente, estas temperaturas son mucho más altas que las del Sol, pero son necesarias para compensar la falta de gravedad extrema.
El desarrollo de un imán lo suficientemente poderoso para contener el plasma es uno de los principales desafíos de esta tecnología. Avances como el del propio MIT o el reportado por ITER (Reactor Termonuclear Experimental Internacional) que albergará el plasma caliente dentro de una estructura llamada tokamak, constituyen los primeros pasos hacia la resolución de este problema.
Por otra parte, el nuevo reactor experimental, llamado SPARC, se convertirá en el primer reactor capaz de utilizar el propio calor generado en las fusiones para mantener la reacción en marcha sin necesidad de inyectar energía adicional, y debería estar listo en 2025.
El sueño de la fusión nuclear podría estar a punto de convertirse en realidad. Muy pronto podremos decir que el hombre puede recrear la energía de las estrellas, abriendo un nuevo capítulo en la búsqueda de fuentes alternas de energía.
