¿Qué es un superconductor y por qué necesita tanto frío?

En marzo de este año, un equipo de la Universidad de Houston anunció un récord que llevaba 33 años quieto. Lograron que una cerámica de mercurio y cobre condujera la electricidad sin ninguna pérdida a temperaturas de hasta −122 °C, a la presión normal del aire. El récord anterior, de 1993, estaba en −140 °C.

Dicho así suena a poco. Pero esa temperatura sigue siendo más fría que el lugar más frío jamás medido en la superficie de la Tierra: −89,2 °C, en la base antártica de Vostok, en 1983. Y hace tres años medio internet creyó, durante unas semanas, que un laboratorio coreano había resuelto el problema con una piedrita gris llamada LK-99.

Hace unos días un lector del blog me escribió pidiendo un artículo sobre superconductores a temperatura ambiente, «el santo grial de la física aplicada». Tiene razón en lo de santo grial. Así que empecemos por el principio:

¿Qué es un superconductor, por qué necesita tanto frío y por qué nadie ha logrado uno que funcione en tu casa?

¿Por qué los cables normales pierden energía?

Porque los electrones que llevan la corriente chocan con los átomos del cable. Cada choque le roba un poco de energía a la corriente y la convierte en calor. A esa oposición se le llama resistencia eléctrica, y es una de las razones por las que el cargador del celular se calienta.

Imagina que tienes que cruzar una plaza de mercado un sábado a mediodía. Vas en línea recta, pero cada pocos pasos tropiezas con alguien, frenas, pides permiso y sigues. Llegas, pero cansado. Los átomos del metal son esa gente, y además no están quietos: vibran. Entre más caliente está el cable, más se mueven y más tropiezos hay.

Esto no es un detalle. Según el Banco Mundial, cerca del 8 % de toda la electricidad que se generaba en el mundo en 2014 se perdía en el camino entre la central y los enchufes (no toda por resistencia: la cifra incluye robos de energía). Ya conté en el blog cómo un exceso de voltaje apagó a España: las redes eléctricas viven peleando con la física de sus cables.

¿Qué es un superconductor?

Un superconductor es un material que, por debajo de cierta temperatura, conduce la electricidad con resistencia exactamente cero. No poca: cero. Una corriente que empieza a dar vueltas en un anillo superconductor puede seguir dando vueltas durante años sin pila que la empuje.

Lo descubrió el 8 de abril de 1911, en Leiden (Países Bajos), el equipo de Heike Kamerlingh Onnes. Habían aprendido a licuar helio, que hierve a −269 °C, y quisieron ver qué le pasaba a un hilo de mercurio a esa temperatura. Las mediciones las hacía su asistente, Gilles Holst. Lo que vieron los sorprendió: a unos −269 °C, la resistencia no bajó poco a poco, sino que cayó de golpe a nada.

Veintidós años después, en 1933, Walther Meissner y Robert Ochsenfeld encontraron la segunda firma. Un superconductor no solo deja pasar la corriente sin pérdidas: expulsa los campos magnéticos de su interior. Por eso un trocito de superconductor frío puede flotar sobre un imán, como en la imagen de arriba. Se le llama efecto Meissner, y es la prueba que distingue a un superconductor de verdad de un metal que simplemente conduce muy bien.

Quiero insistir en esto, porque va a ser importante más adelante: para decir «superconductor» hacen falta las dos cosas. Resistencia cero y expulsión del campo magnético.

¿Por qué el frío es indispensable?

Porque la superconductividad depende de que los electrones viajen en parejas, y el calor las rompe. La explicación la dieron en 1957 John Bardeen, Leon Cooper y John Robert Schrieffer, y les valió el Nobel de 1972.

Dos electrones se repelen, porque tienen la misma carga. ¿Cómo se van a emparejar? A través de la red de átomos. Piensa en dos personas sobre un colchón blando. La primera se acuesta y hunde el colchón; la segunda, aunque no quiera, rueda hacia el hueco. Un electrón que pasa jala un poquito los átomos a su alrededor y deja una zona que atrae al siguiente. A esas parejas se les llama pares de Cooper.

Lo raro viene después. Todas las parejas del material se ponen de acuerdo y se mueven como una sola cosa, como un estadio entero haciendo la ola al mismo ritmo. Un tropiezo con un átomo ya no frena a nadie, porque para desviar a una pareja habría que desviar a todas. De ahí sale la resistencia cero.

Pero el colchón tiene que estar quieto. Si los átomos vibran demasiado, es decir, si hace calor, el hueco se borra antes de que llegue el segundo electrón y las parejas se deshacen. Por eso todo superconductor tiene una temperatura crítica: por encima de ella, vuelve a ser un material normal.

Y aquí está la pregunta de verdad. Si la clave es que las parejas aguanten, ¿no habrá algún material donde esa atracción sea tan fuerte que resista el calor de una tarde cualquiera?

¿Cuánto nos falta para un superconductor a temperatura ambiente?

Depende de cómo midas, y ahí está lo interesante. Ya existen superconductores casi a temperatura ambiente. El problema es que solo funcionan aplastados.

La historia del frío avanza a saltos. En 1986, Georg Bednorz y Alex Müller, en IBM Zúrich, encontraron una cerámica de cobre que superconducía a −238 °C; un año después ya tenían el Nobel. En 1987, los equipos de Paul Chu, en Houston, y Maw-Kuen Wu, en Alabama, llegaron a −180 °C. Ese salto fue enorme por una razón práctica: por primera vez bastaba con nitrógeno líquido, que hierve a −196 °C y es barato, en vez de helio, que es caro y escaso.

Después vino otro camino: el hidrógeno apretado. En 2019, el grupo de Mikhail Eremets, en el Instituto Max Planck de Química de Maguncia (Alemania), midió superconductividad a unos −23 °C en un hidruro de lantano, la temperatura de un congelador. Pero a 170 gigapascales: casi 1,7 millones de veces la presión del aire. Eso solo se consigue entre las puntas de dos diamantes, con una muestra más pequeña que un grano de arena.

Y el récord de este año es una mezcla ingeniosa de los dos caminos. Según Physics World, el equipo de Liangzi Deng y del mismo Paul Chu, que sigue en Houston casi cuatro décadas después, apretó cristales de esa misma familia de cerámicas de mercurio, los enfrió a −269 °C y les quitó la presión de golpe. Es parecido a templar el acero: el material queda «congelado» en la forma que tenía cuando estaba aplastado.

El resultado, −122 °C sin presión, aguantó al menos tres días guardado en nitrógeno líquido. Los cristales medían menos de una décima de milímetro. El trabajo completo está disponible como preprint, la versión que los autores comparten antes o durante la revisión de una revista.

¿Cómo se sabe si un anuncio de superconductor es verdad?

Exigiendo las dos firmas y esperando a que otro laboratorio repita el resultado. Los dos anuncios más sonados de los últimos años fallaron justo ahí.

En julio de 2023, el LK-99 se volvió viral con un video de una piedrita medio levitando sobre un imán. En pocas semanas, muchos laboratorios del mundo intentaron fabricarla. El químico Prashant Jain, de la Universidad de Illinois, notó que la caída de resistencia ocurría a unos 104 °C, justo la temperatura a la que cambia de forma el sulfuro de cobre, una impureza que la receta deja por montones.

Un grupo del Max Planck en Stuttgart que logró cristales puros encontró un aislante: un material que casi no deja pasar la corriente. La «levitación» era un efecto magnético débil, no el efecto Meissner. Nature lo resumió en agosto de ese año: el LK-99 no es un superconductor.

El caso de Ranga Dias fue peor. Publicó en Nature, en marzo de 2023, un hidruro de lutecio que, según él, superconducía a temperatura ambiente con una presión moderada. Ocho de los once autores pidieron retirar el artículo, y la revista lo retiró ese mismo año. En la investigación de su universidad, los estudiantes del laboratorio no lograron conectar los datos publicados con sus mediciones reales. Para 2024 ya le habían retirado cinco artículos y había dejado la Universidad de Rochester.

¿Y el récord de Houston? Para mí es serio: viene de un grupo con una larga trayectoria y explica su método con detalle. Pero hay que tratarlo como se trata todo resultado nuevo: como muy prometedor hasta que otro laboratorio lo repita. Es la misma lógica que expliqué en qué es un sigma y cuándo un hallazgo es un descubrimiento.

¿Qué cambiaría si mañana apareciera uno?

Menos de lo que promete internet, al menos al principio. Y hay un detalle que casi nadie sabe: los superconductores ya están por todas partes.

La resonancia magnética más común en los hospitales tiene una bobina superconductora de niobio y titanio bañada en 1.500 a 2.000 litros de helio líquido. En CMS, el experimento del CERN donde trabajé, la bobina superconductora mide 6 metros de diámetro, pesa unas 220 toneladas y guarda una energía de 2.700 millones de julios a unos −269 °C. Quiero decir: hoy el frío no impide usar superconductores; los encarece.

Un superconductor a temperatura ambiente abarataría todo eso. Pero no resolvería por sí solo los demás problemas. Todo superconductor deja de serlo si le pasas demasiada corriente o si el campo magnético es muy fuerte. Las cerámicas de cobre son frágiles como una taza, difíciles de convertir en cables de kilómetros. Y nadie sabe todavía explicar del todo por qué esas cerámicas superconducen: la teoría de 1957 funciona para los metales simples, no para ellas.

La respuesta honesta, entonces, es que no sabemos si existe un material que superconduzca a 25 °C y a presión normal. Ninguna ley de la física lo prohíbe. Tampoco ninguna lo garantiza.

Qué puedes hacer cuando leas el próximo titular

• Busca la temperatura y la presión, las dos. «Temperatura ambiente» a un millón de atmósferas no te sirve para un cable.
• Busca las dos firmas. Resistencia cero medida, no «muy baja», y expulsión del campo magnético. Una piedra que medio flota no basta.
• Pregunta quién lo repitió. Un solo laboratorio es un anuncio; tres laboratorios son un hallazgo.
• Desconfía del video viral. Las pruebas serias se ven aburridas: curvas en una gráfica, no piedras bailando.

Si quieres un método general para cualquier noticia de ciencia, lo dejé en cómo saber si una noticia de ciencia es falsa.

Holst, Chu y la gente que persigue el frío

Hay algo que me gusta de esta historia. Gilles Holst, el asistente que hizo las mediciones en 1911, casi no aparece en los libros; en 1914 se convirtió en el primer director del laboratorio de investigación de Philips. Paul Chu hizo historia en 1987 y casi cuarenta años después sigue en el laboratorio, ahora con el récord de 2026. Eremets, que murió en 2024, pasó más de dos décadas apretando hidrógeno entre diamantes. Y Prashant Jain resolvió el misterio del LK-99 porque reconoció una temperatura que había visto antes en su propio trabajo.

Ninguno encontró todavía el santo grial. Unos movieron la frontera unos grados; otros revisaron con cuidado lo que se anunciaba. Creo que así avanza la ciencia de verdad: a saltos pequeños y con mucha gente comprobando.

¿Qué harías tú primero si mañana tuvieras un cable sin pérdidas: un tren que flota, una resonancia magnética en cada pueblo o una red eléctrica que no se calienta?