¿Qué son los superconductores y cómo funcionan?

Electricidad sin desperdicio

Cada cable que enchufas a un enchufe desperdicia energía. Los electrones chocan con los átomos al fluir, generando calor; ese sutil calor en un cargador de teléfono es un recordatorio de lo ineficientes que son los conductores ordinarios. Los superconductores son materiales que eliminan por completo ese desperdicio: por debajo de una temperatura crítica específica, su resistencia eléctrica cae a exactamente cero. Una corriente que fluye en un bucle superconductor circulará indefinidamente, sin fuente de energía, sin perder un solo electrón por el calor.

Esto no es una aproximación teórica. Es un hecho físico medible, observado por primera vez por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes en 1911 cuando enfrió mercurio a 4 grados por encima del cero absoluto y observó cómo su resistencia desaparecía. El descubrimiento le valió un Premio Nobel y abrió una de las búsquedas más largas de la física moderna.

Pares de Cooper: El secreto detrás de la resistencia cero

Durante décadas nadie entendió por qué desaparecía la resistencia. La respuesta llegó en 1957, cuando John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer publicaron la teoría BCS, llamada así por sus iniciales, y ganaron un segundo Premio Nobel de física.

En un metal ordinario, los electrones viajan solos y chocan constantemente con los átomos vibrantes en la red cristalina, dispersando energía en forma de calor. En un superconductor, sucede algo contrario a la intuición: cuando un electrón pasa a través de la red, atrae ligeramente a los iones cargados positivamente a su alrededor, creando una región fugaz de carga positiva. Esa región positiva luego atrae a un segundo electrón. Los dos electrones se unen débilmente en lo que los físicos llaman un par de Cooper.

Los pares de Cooper se comportan de manera muy diferente a los electrones solitarios. Se condensan en un estado cuántico colectivo, un superfluido, que fluye a través de la red como una sola onda coherente en lugar de una multitud caótica. Debido a que la onda no puede dispersarse en átomos individuales sin romper todo el condensado, la resistencia se vuelve imposible.

El efecto Meissner: Imanes flotantes

La superconductividad tiene una segunda propiedad visualmente llamativa. Cuando un material superconductor realiza la transición por debajo de su temperatura crítica, expulsa todos los campos magnéticos de su interior, un fenómeno llamado efecto Meissner. Coloca un pequeño imán sobre un disco superconductor y el campo perfectamente expulsado del disco empuja hacia atrás, haciendo que el imán flote en el aire. Esta levitación magnética no es un truco; es una consecuencia directa de la física de la superconductividad, y es el principio detrás del tren SC Maglev de Japón, que ha alcanzado velocidades superiores a 600 km/h.

Dónde ya funcionan los superconductores

A pesar de requerir un frío extremo, los superconductores están integrados en tecnologías de las que dependen miles de millones de personas a diario:

• Escáneres de resonancia magnética: Más de 35.000 máquinas de resonancia magnética en todo el mundo utilizan imanes superconductores, normalmente alambre de niobio-titanio bañado en helio líquido, para generar los campos magnéticos potentes y estables necesarios para obtener imágenes de alta resolución. Sin la superconductividad, una máquina de resonancia magnética no sería ni asequible ni práctica.
• Aceleradores de partículas: El Gran Colisionador de Hadrones del CERN utiliza 1.232 imanes dipolo superconductores, cada uno de los cuales genera campos más de 100.000 veces más fuertes que el campo magnético de la Tierra. Sin ellos, el anillo de 27 kilómetros del LHC necesitaría 120 kilómetros de longitud para alcanzar las mismas energías de partículas.
• Cables de alimentación: Los cables superconductores experimentales pueden transportar cinco veces más electricidad que los cables de cobre convencionales del mismo diámetro, sin pérdidas de transmisión, una ventaja fundamental para las redes urbanas densas.

El Santo Grial: Superconductividad a temperatura ambiente

El desafío central es la temperatura. Los superconductores convencionales requieren enfriamiento a pocos grados del cero absoluto (−273 °C), lo que exige una costosa infraestructura de helio líquido. Desde la década de 1980, una clase de materiales llamados cupratos, cerámicas de óxido de cobre, han mostrado superconductividad a temperaturas mucho más altas, por encima de 77 K (−196 °C), lo que permite un enfriamiento más barato con nitrógeno líquido. Pero siguen siendo frágiles y difíciles de fabricar en bobinas prácticas.

Un verdadero superconductor a temperatura ambiente, que funcione a presiones y temperaturas cotidianas, sería transformador: redes eléctricas nacionales sin pérdidas, transporte de mercancías por levitación magnética y ordenadores más rápidos que consuman una fracción de la energía actual. La búsqueda ha producido afirmaciones dramáticas, sobre todo el material coreano LK-99 de 2023, que inicialmente generó entusiasmo mundial antes de que laboratorios independientes no pudieran replicar los resultados.

A principios de 2026, investigadores de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología informaron de pruebas de que la aleación NbRe puede comportarse como un superconductor triplete, un tipo más raro que puede transportar corrientes eléctricas y de espín sin resistencia, potencialmente útil para la computación cuántica. El hallazgo, publicado en Physical Review Letters, aún debe ser verificado de forma independiente, pero ilustra cómo el campo sigue avanzando.

Por qué es importante

El Departamento de Energía de EE. UU. estima que aproximadamente el 10 por ciento de la electricidad generada en los Estados Unidos se pierde por la resistencia durante la transmisión. A nivel mundial, esa energía perdida asciende a cientos de miles de millones de dólares y millones de toneladas de CO₂ evitable cada año. Las líneas eléctricas superconductoras, incluso operando a bajas temperaturas, podrían eliminar gran parte de ese desperdicio.

Más de un siglo después de que Kamerlingh Onnes enfriara por primera vez el mercurio en su laboratorio de Leiden, la superconductividad sigue siendo una de las fronteras más productivas de la física, ya indispensable en la medicina y la ciencia, y aún llena de potencial no realizado para la forma en que el mundo se mueve y utiliza la energía.