Per capire come funziona un superconduttore, può essere utile esaminare prima come funziona un normale conduttore. Alcuni materiali come l’acqua e il metallo consentono agli elettroni di fluire attraverso di essi abbastanza facilmente, come l’acqua attraverso un tubo da giardino. Altri materiali, come il legno e la plastica, non consentono il passaggio degli elettroni, quindi sono considerati non conduttori. Cercare di far passare l’elettricità attraverso di loro sarebbe come cercare di far scorrere l’acqua attraverso un mattone.
Anche tra i materiali considerati conduttivi, possono esserci grandi differenze nella quantità di elettricità che può effettivamente passare. In termini elettrici, questa è chiamata resistenza. Quasi tutti i normali conduttori di elettricità hanno una certa resistenza perché hanno atomi propri, che bloccano o assorbono gli elettroni mentre passano attraverso il filo, l’acqua o altro materiale. Un po’ di resistenza può essere utile per tenere sotto controllo il flusso elettrico, ma può anche essere inefficiente e dispendiosa.
Un superconduttore prende l’idea di resistenza e la capovolge. Un superconduttore è generalmente composto da materiali sintetici o metalli come piombo o niobiotitanio che hanno già un basso numero di atomi. Quando questi materiali sono congelati quasi allo zero assoluto, gli atomi che hanno si riducono quasi all’arresto. Senza tutta questa attività atomica, l’elettricità può fluire attraverso il materiale praticamente senza resistenza. In termini pratici, un processore per computer o un binario di un treno elettrico dotato di un superconduttore utilizzerebbe pochissima elettricità per svolgere le sue funzioni.
Il problema più ovvio con un superconduttore è la temperatura. Ci sono pochi modi pratici per sottoraffreddare grandi quantità di materiale superconduttivo fino al punto di transizione richiesto. Una volta che un superconduttore inizia a riscaldarsi, l’energia atomica originale viene ripristinata e il materiale crea nuovamente resistenza. Il trucco per creare un pratico superconduttore sta nel trovare un materiale che diventi superconduttore a temperatura ambiente. Finora, i ricercatori non hanno scoperto alcun metallo o materiale composito che perda tutta la sua resistenza elettrica alle alte temperature.
Per illustrare questo problema, immagina un filo di rame standard come un fiume d’acqua. Un gruppo di elettroni è in una barca che cerca di arrivare a destinazione a monte. La forza dell’acqua che scorre a valle crea resistenza, il che costringe la barca a lavorare ancora più duramente per attraversare l’intero fiume. Quando la barca raggiunge la sua destinazione, molti dei passeggeri elettronici sono troppo deboli per continuare. Questo è ciò che accade con un conduttore normale: la resistenza naturale provoca una perdita di potenza.
Ora immagina se il fiume fosse completamente ghiacciato e gli elettroni fossero in una slitta. Poiché non ci sarebbe acqua che scorre a valle, non ci sarebbe resistenza. La slitta passerebbe semplicemente sul ghiaccio e depositerebbe in sicurezza quasi tutti gli elettroni passeggeri a monte. Gli elettroni non sono cambiati, ma il fiume è stato alterato dalla temperatura per non opporre resistenza. Trovare un modo per congelare il fiume a una temperatura normale è l’obiettivo finale della ricerca sui superconduttori.