Prosopopea

Avrete forse visto questo video andare Viral:

Forse però non sapete come funziona: ragion per cui ho una pillolina di prosopopea per voi che desiderate ardentemente capire come funziona.

Gli Insane Clown Posse ci ricordano che la comprensione del magnetismo non è così immediata. Specialmente se si è ignoranti rappers redneck.

Nel ferromagnetismo, il magnetismo che voi tutti conoscete e amate, quello che vi permette di attaccare magneti osceni sui frigoriferi, ciò che succede è che applicando un campo magnetico ad un materiale ferromagnetico, quest’ultimo cambia l’orientamento dei suoi campi magnetici interni allineandoli al campo magnetico esterno. E’ il motivo per cui potete magnetizzare le punte dei cacciaviti o delle forbici  e queste restano magnetizzate.

Come si comporta un materiale ferromagnetico quando viene immerso in un campo esterno.

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.

Questo è invece quello che fanno quegli hipsters di diamagneti. Sempre contro-corrente.

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:

Una diagramma dell'effetto meissner, tra l'altro che google mi ha trovato su un forum di paccate pseudoscientifiche allucinanti.

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:

OMG UN DISCO VOLANTE!

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.