Nel ferromagnetismo, il magnetismo che voi tutti conoscete e amate, quello che vi permette di attaccare magneti osceni sui frigoriferi, quello che succede è che applicando un campo magnetico ad un materiale ferromagnetico, il materiale si magnetizza internamente nella stessa direzione in cui è il campo magnetico esterno. E' il motivo per cui potete magnetizzare le punte dei cacciaviti, e questi restano magnetizzate.
La maggior parte dei materiali però non sono ferromagnetici, perché una volta che spegnete il campo magnetico esterno, questi perdono il loro magnetismo e tornano ad essere pezzi di metallo. La maggior parte dei materiali sono o diamagnetici, il che significa che si magnetizzano in maniera antiparallela al campo magnetico che inducete, o paramagnetici, e si magnetizzano in maniera parallela.
Alle temperature normali, vi potete divertire con la legge di Faraday (Che io spero bene conosciate già): ovvero, se cercate di cambiare i campi magnetici interni ad un materiale, gli elettroni di questo materiale si incazzano e generano una corrente elettrica per cercare di contrastare il cambiamento. Cioè potete creare corrente con un campo magnetico, che poi è una delle ragioni per cui esistono i motori elettrici.
Ora, a temperature normali, queste correnti hanno vita estremamente breve, perché la resistenza al movimento degli elettroni è tale per cui non riescono ad andare molto lontano. Ma se si potesse annullare la resistenza ? Se la si potesse mandare a zero ?
Beh, una delle cose spettacolari che ci insegna la meccanica quantistica è che si può mandare a 0 la resistenza interna di praticamente qualsiasi materiale, abbassando a sufficienza la sua temperatura, e facendolo diventare un SUPERconduttore. Ma cosa vuol dire abbassare la temperatura di una cosa finché diventa un super conduttore ? Cioè, perché un materiale vicino allo 0 assoluto improvvisamente non impedisce più agli elettroni di muoversi ? Ci sono svariate ragioni, ma quello che ci interessa di più è questo:
L'effetto Meissner. Ovvero, se abbassate un materiale sotto la temperatura critica, questo caccia fuori tutti i suoi campi magnetici, gli impedisce di passare al suo interno, e lo rendete un diamagnete perfetto.
E questo come spiega la levitazione magnetica ? Beh, non la spiega, perché quello che vi ho spiegato fin ora è come funzionano i superconduttori di tipo I, come l'alluminio o il piombo. Ma ci sono superconduttori più fighi, superconduttori drogati, cioè che contengono impurità. Nel paper, i nostri amici dell'università di Tel Aviv scrivono:
We start with a single crystal sapphire wafer and coat it with a thin (~1µm thick) ceramic material called yttrium barium copper oxide (YBa2Cu3O7-x ). The ceramic layer has no interesting magnetic or electrical properties at room temperature. However, when cooled below -185ºC (-301ºF) the material becomes a superconductor. It conducts electricity without resistance, with no energy loss. Zero.
Hanno usato una ceramica superconduttiva, una lega in pratica, come potete vedere dal nome (c'è dentro Yttrio, Bario, e ossido di rame.). Ora, oltre ad essere estremamente più pratiche (tipo il fatto che diventano superconduttive a temperature più accettabili, tipo meno -200 °C, grossomodo quelle dell'azoto liquido [E questi per i fisici sono "superconduttori a temperatura ambiente"]), questo significa anche che i campi magnetici vengono espulsi ovunque, tranne dove ci sono le impurità. Il che significa che se disegnamo le linee di forza il dischetto sarà tipo così:
Quindi cosa succede se i campi magnetici passano ? Possono fare quello che gli dice di fare la legge di Faraday, cioè correnti elettriche! Ma questa volta la resistenza è zero, e quindi le correnti non muoiono semplicemente dopo 5 passi come Bill! Le correnti distruggono le proprietà magnetiche del superconduttore intorno ai punti in cui il superconduttore è "debole", cioè dove ci sono le impurità. Ma il Superconduttore è un diamagnete perfetto, e non vuole perdere le sue proprietà senza lottare: quindi prova a tenere i "tubi di flusso", cioè i punti in cui ci sono le impurità che permettono ai campi magnetici di passare, come se fossero tunnel, in punti ben fermi, di modo che facciano meno danno possibile. Siccome i tubi di flusso si spostano quando si sposta il disco superconduttore, quello che succede è che ovunque lo sperimentatore sposti il disco, il campo magnetico faccia di tutto per bloccarlo perfettamente in un punto. Anche se il punto è un bel pezzo sopra terra.
Sì, la scienza è una figata allucinante.