En el Innovation Square del Festival Mundial de la Ciencia 2012 en Brooklyn, Nueva York, Booz Almog, inventor y físico de la Universidad de Tel Aviv, dio la primera demostración pública de la levitación cuántica en Estados Unidos. Almog sumergió un disco en nitrógeno líquido y permitió que los espectadores le dieran un empujón para que flotara en una órbita circular. A continuación puedes ver un video con la experiencia.
¿Cómo funciona la levitación cuántica?
El principio físico que rige a la levitación cuántica es el efecto Meissner-Ochsenfeld. Este fenómeno consiste en la desaparición total del flujo del campo magnético en el interior de un material superconductor por debajo de su temperatura crítica.
Para entender este principio, conviene definir cada uno de los conceptos que engloba:
- Campo magnético: es un campo de fuerza creado como consecuencia del movimiento de cargas eléctricas (flujo de electricidad).
- Material superconductor: un material superconductor es aquel que permite el paso de la electricidad sin ofrecer ninguna resistencia y sin generar ningún campo magnético. (Ejemplo: cuando la electricidad circula por un cable, éste se calienta, porque ofrece resistencia).
- Temperatura crítica: es la temperatura límite a partir de la cual, si se sigue enfriando la sustancia, el material se vuelve superconductor, es decir, deja de tener resistencia eléctrica alguna.
Para la levitación cuántica, se cubre un cristal de obleas de zafiro con una capa fina (aproximadamente 1 um de espesor) del material cerámico óxido de itrio, bario y cobre (más conocido como YBCO).
La capa cerámica no tiene propiedades magnéticas o electricas a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando se enfría por debajo de -185ºC el material se convierte en un superconductor.
Según el efecto Meissner, el superconductor expulsará todos los campos magnéticos desde su núcleo.
En circunstancias normales, podemos imaginar a los campos magnéticos como líneas invisibles que traspasan cualquier objeto.
Sin embargo, cuando el objeto es un superconductor, éste repele los campos magnéticos y hace que éstos sean “empujados” hacia los lados, “atrapando” al objeto en el aire entre los campos magnéticos, haciendo que el objeto flote en relación a algún objeto que genere el campo magnético.
Es por eso que en la levitación cuántica es posible mover el disco y éste se queda quieto, ya que lo sostienen los “alambres de campos magnéticos” que “lo aprietan” en el aire para que se quede quieto.
Como el superconductor empleado para la levitación cuántica es extremadamente delgado, el campo magnético logra penetrarlo en pequeñas cantidades, llamadas tubos de flujo.
Dentro de cada tubo de flujo magnético, la superconductividad está localmente destruida. El superconductor tratará de mantener los tubos de flujo magnético anclados en las zonas débiles.
Cualquier movimiento espacial del superconductor originará tubos de flujo para moverse, para evitar que el superconductor quede atrapado en el aire.
Mediante la levitación cuántica, la oblea de zafiro es suspendida por encima de una superficie magnética y se puede mover en el aire con un movimiento casi perpetuo.
Hasta que no se consigan superconductores a temperatura ambiente, tanto la levitación magnética como la levitación cuántica son tecnologías caras, ya que enfriar los mecanismos sale tan caro como compensar el rozamiento que se elimina con la levitación.
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