¿Por qué siempre tiene que estar tan frío? Ahora conocemos toda una gama de materiales que, bajo ciertas condiciones, conducen la corriente eléctrica por completo sin resistencia. A este fenómeno lo llamamos superconducción. Sin embargo, todos estos materiales tienen una experiencia comúnproblema: solo se vuelven superconductores a temperaturas extremadamente bajas. La búsqueda para encontrar métodos computacionales teóricos para representar y comprender este hecho ha estado sucediendo durante muchos años. Hasta ahora, nadie ha tenido éxito en encontrar la solución. Sin embargo, TU Wien haahora desarrolló un nuevo método que permite una comprensión significativamente mejor de la superconducción.
Muchas partículas, computación compleja
"En realidad, es sorprendente que la superconducción solo ocurra a temperaturas extremadamente bajas", dice el profesor Karsten Held, del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien. "Cuando se considera la energía liberada por los electrones involucrados en la superconducción, en realidad se esperaríala superconducción también es posible a temperaturas mucho más altas "
En respuesta a este enigma, él y su equipo se propusieron buscar un mejor método para representar la superconducción teóricamente. El Dr. Motoharu Kitatani es el autor principal de una nueva publicación que presenta mejoras significativas y permite una comprensión más profunda de la alta-temperatura superconductividad.
No es posible entender la superconducción imaginando los electrones en el material como pequeñas esferas siguiendo una trayectoria distinta como bolas en una mesa de billar. La única forma de explicar la superconducción es aplicando las leyes de la física cuántica ". El problema esque muchas partículas están involucradas en el fenómeno de la superconducción, todo al mismo tiempo ", explica Held." Esto hace que los cálculos sean extremadamente complejos ".
Los electrones individuales en el material no pueden considerarse como objetos independientes entre sí; necesitan ser tratados juntos. Sin embargo, esta tarea es tan compleja que no sería posible resolverlo con precisión, incluso utilizando las computadoras más grandes enel mundo.
"Sin embargo, hay varios métodos de aproximación que pueden ayudarnos a representar las complejas correlaciones cuánticas entre los electrones", según Held. Una de ellas es la "teoría dinámica del campo medio" que es ideal para situaciones en las que se calcula el cuantolas correlaciones entre los electrones son particularmente difíciles.
Representación mejorada de interacciones
El grupo de investigación de TU Wien ahora presenta una adición a la teoría existente que se basa en un nuevo cálculo del "diagrama de Feynman". Los diagramas de Feynman, ideados por el ganador del premio Nobel Richard Feynman, son una forma de representar las interacciones entre partículasTodas las interacciones posibles, como cuando las partículas colisionan, pero también la emisión o absorción de partículas, se representan en diagramas y se pueden usar para hacer cálculos muy precisos.
Feynman desarrolló este método para su uso en el estudio de partículas individuales en el vacío, sin embargo, también se puede usar para representar interacciones complejas entre partículas en objetos sólidos. El problema en la física del estado sólido es que debe permitir una gran cantidad de Feynmandiagramas, porque la interacción entre los electrones es muy intensa. "En un método desarrollado por el profesor Toschi y yo, ya no usamos los diagramas de Feynman únicamente para representar interacciones, sino que también usamos un vértice complejo y dependiente del tiempo como componente".explica Held. "Este vértice en sí mismo consiste en un número infinito de diagramas de Feynman, pero usando un truco inteligente, todavía puede usarse para cálculos en una supercomputadora".
Pa deteking de trabajo de detective
Esto ha creado una forma extendida de la teoría dinámica del campo medio que permite calcular una buena aproximación de la interacción cuántica compleja de las partículas ". Lo emocionante en términos de física es que podemos demostrar que en realidad esLa dependencia temporal del vértice, lo que significa que la superconducción solo es posible a bajas temperaturas ". Después de una gran cantidad de trabajo de detective minucioso, Motoharu Kitatani y el profesor Held incluso pudieron identificar el diagrama ortodoxo de Feynman que muestra por qué los materiales convencionales solo se vuelven superconductores a -200° C y no a temperatura ambiente.
En conjunción con los experimentos que se están llevando a cabo actualmente en el Instituto de Física del Estado Sólido en un grupo de trabajo dirigido por el profesor Barisic, el nuevo método debería hacer una contribución significativa a la mejor comprensión de la superconducción y así permitir el desarrollo de una superconducción aún mejorLa identificación de un material que también es superconductor a temperatura ambiente sería un gran avance y permitiría toda una serie de innovaciones tecnológicas revolucionarias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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