Superconduttori a temperatura ambiente: c’è speranza oltre il clamore mediatico?

I superconduttori a temperatura ambiente rivoluzionerebbero la tecnologia della risonanza magnetica, rendendone più economico il funzionamento, consentendo una risoluzione più elevata e scansioni più dettagliate, o addirittura creando scanner di risonanza magnetica portatili. Keystone / Gaetan Bally

I materiali che fungono da superconduttori a temperatura ambiente potrebbero rivoluzionare il nostro accesso all’energia. Molte presunte scoperte, tuttavia, si sono rivelate false. Uno studioso di fisica svizzero spiega a che punto siamo nella ricerca del “Sacro Graal” della fisica.

Al centro del film Avatar, uscito nel 2009, vi è il conflitto per accaparrarsi le montagne fluttuanti di Pandora, che contengono “unobtainium”, preziosissimo superconduttore a temperatura ambiente.

Pur essendo di fantasia, il film illustra gli sforzi delle studiose e degli studiosi di fisica per scoprire un materiale capace di funzionare da superconduttore a temperatura ambiente e che, in teoria, potrebbe garantire forniture di energia infinite.

Un materiale di questo tipo permetterebbe di far registrare importanti passi avanti nella diagnostica per immagini, nei treni in sospensione, nei veicoli elettrici e nella computazione quantistica, solo per citare alcuni esempi.

Contrariamente ai materiali tradizionali come oro o platino, i superconduttori possono trasportare le correnti elettriche con zero resistenza, cioè senza perdere energia sotto forma di calore. Finora tutti i materiali superconduttori identificati dalle scienziate e dagli scienziati hanno manifestato queste proprietà solo a temperature estremamente fredde e con una pressione altissima, il che ne limita fortemente l’utilizzo.

A luglio, ricercatrici e ricercatori coreaniCollegamento esterno hanno affermato di aver creato un superconduttore a temperatura ambiente chiamato LK-99, attirando l’attenzione a livello planetario; LK-99 veniva descritto come un materiale policristallino composto da rame, piombo, ossigeno e fosforo. A metà agosto, però, la rivista Nature ha annunciatoCollegamento esterno che alcune scienziate e alcuni scienziati avevano confutato l’ipotesi che LK-99 fosse un superconduttore a temperatura ambiente. Qualche settimana fa Nature ha ritrattato anche un articolo scientifico in cui veniva annunciata la scoperta di un superconduttore a temperatura ambiente, dopo che la stessa sorte era già toccata a una pubblicazione simile nel 2022.

Le scoperte più famose della storia della superconduttività a temperatura ambiente che non sono state confermate:

Anno	Autrici e autori	Risultati
1987	Oguishi et al. from Japan	Da confermare
2003	Johan Prins from US	Da confermare
2012	Scheike et al. from Germany	Da confermare
2018	Kumar et al. from India	Dati rimessi in discussione
2020	Dias et al. from US	Ritrattati
2023	Dias et al. from US	Ritrattati
2023	Korean team	Da confermare

Dirk van der Marel, professore emerito di fisica presso l’Università di Ginevra, appartiene al gruppo delle più illustri scienziate e dei più illustri scienziati che hanno rimesso in discussione le ricerche sulle quali si basava l’articolo ritrattato da Nature nel 2022. Il fisico ginevrino spiega come fare la distinzione tra speranza e clamore mediatico nella corsa alla scoperta di un superconduttore a temperatura ambiente.

SWI swissinfo.ch: Perché sui giornali si è fatto un gran parlare di LK-99? Come mai tanto entusiasmo?

Dirk van der Marel: Le affermazioni straordinarie rilasciate dalle scienziate e dagli scienziati sudcoreani hanno soddisfatto le aspettative della collettività, che dopo l’avvento di ChatGPT brama nuove scoperte.

Come ha reagito la comunità svizzera di studiose e di studiosi di fisica alla scoperta di LK-99?

Non appena è giunta la notizia sono sorti i primi dubbi. All’interno della nostra comunità una cosa era chiara fin da subito, senza dover nemmeno discuterla apertamente: nessuna e nessuno di noi avrebbe perso tempo per cercare di analizzare i dettagli di tale scoperta o replicare LK-99, nonostante i vari tentativi a livello mondiale. Infatti, le spiegazioni teoriche dei possibili meccanismi di superconduttività in LK-99 illustrate nella documentazione erano incomplete. Mi spiace dirlo, ma in questo caso non si può nemmeno parlare di saggio scientifico.

Il team sudcoreano di ricercatrici e ricercatori ha pubblicato le proprie scoperte sul sito Internet arXiv, una sorta di banca dati ad accesso libero. Tuttavia, non è un buon segno se un documento provvisorio che non è stato riletto da colleghe e colleghi viene accolto con tanto entusiasmo dalla comunità accademica e dalla collettività. La revisione paritaria, infatti, è come un “garante intellettuale”, un processo fondamentale di validazione degli scritti accademici che boccia gli articoli lacunosi o di scarsa qualità. Malgrado le lacune e le critiche, questo modus operandi è tuttora considerato il non plus ultra della credibilità scientifica.

Supponiamo che venga fatta una scoperta vera. Come sarebbe la nostra vita con i superconduttori a temperatura ambiente?

Prendiamo me come esempio: oggi sono venuto qui a bordo di un’automobile elettrica, che dal punto di vista energetico è già abbastanza efficiente. I superconduttori a temperatura ambiente però potrebbero rappresentare l’alba di una nuova era per i veicoli elettrici, con tempi di ricarica più rapidi, maggiore autonomia, motori più performanti e un potenziale cambio di mentalità a favore di mezzi di trasporto più puliti.

Alla luce della recente impennata dei prezzi dell’elettricità in Svizzera, le bollette da pagare sarebbero più economiche grazie a una rete elettrica più efficiente e alla riduzione di perdite di elettricità nel trasporto e nella distribuzione.

Inoltre, per quanto riguarda il mio lavoro di ricerca, la scoperta di un superconduttore permetterebbe di utilizzare acceleratori di particelle più potenti e farebbe segnare passi avanti negli esperimenti di fusione nucleare.

Quali sono i principali ostacoli da superare per fare in modo che i superconduttori a temperatura ambiente vengano utilizzati maggiormente?

È fondamentale capire che la realizzazione di un futuro promettente dipende dalla nostra capacità di risolvere i problemi correlati in termini di vincoli nell’ambito dell’ingegneria dei materiali o in materia di applicabilità.

Contrariamente a oro e argento, i materiali superconduttori a temperatura ambiente sono estremamente fragili da maneggiare. Uno degli utilizzi più ovvi è quello nella rete energetica: per risultare utile, un materiale superconduttore dovrebbe essere prodotto in serie e capace di resistere alle intemperie e alla corrosione, poiché molte linee di conduzione sono all’aperto ed esposte a questi elementi.

Occorre poi valutare se il materiale superconduttore a temperatura ambiente può essere prodotto in grandi quantità in modo economico. L’obiettivo non è quello di costruire un’automobile d’oro, giusto? Di certo la strada da percorrere è ancora lunga.

Nella corsa globale alla scoperta di materiali capaci di fungere da superconduttori a temperatura ambiente la Svizzera non ha fatto registrare progressi significativi. Come mai?

Se le ricercatrici e i ricercatori sono silenziosi e discreti non significa che si stiano girando i pollici. Per quanto ne so, in Svizzera ci sono almeno tre gruppi di ricerca che lavorano sullo sviluppo di materiali superconduttori, solo che non si rivolgono alla stampa ogni tre per due ed evitano di creare aspettative irrealistiche.

Ciò che è davvero interessante nel mondo scientifico è il tentativo di creare qualcosa di completamente differente da ciò che la comunità scientifica si attende.

In questo senso la scoperta più importante sulla superconduttività è stata fatta in Svizzera. Nel 1986 il fisico elvetico K. Alex Müller e il suo collega presso il laboratorio di ricerca zurighese IBM, il tedesco Georg Bednorz, scoprirono per la prima volta la superconduttività ad alta temperatura nella ceramica. Ebbero un’illuminazione originalissima che andava totalmente contro la teoria affermatasi fino a quel momento. In altre parole, i due fisici misero a punto la propria idea teorica, formulata a modo loro, studiando sistematicamente materiali che nessun’altro avrebbe mai pensato potessero diventare superconduttori. Fu l’inizio di uno sviluppo esplosivo: da allora, infatti, centinaia di altri laboratori in tutto il mondo hanno cominciato a lavorare su materiali simili.

A cura di Sabrina Weiss/Veronica DeVore