“Superconductivity”​—Aniat’ Makaparagsak iti Dayta?

ITI uneg iti kasla makimbaba a kagudua ti Styrofoam a tasa ti kape isut’ maysa a perdigones ti nangisit a material a kas kadakkel ti bassit a butones. Iti tuktok ti perdigones adda a nakatuon ti basbassit a naingpis a metal. Siannad, ti agtutubo nga estudiante impakbona ti umas-asuk a likido iti tasa, a sagsaggabassit. Tunggal maysa nga adda iti aglawlaw ti lamisaan ti agbuybuya nga addaan iti nainget a pananginanama.

Idi damo ti likido ti nagburek iti kasta unay idi a dumanon iti baba ti tasa. Di nagbayag nagulimek dagiti bambanag ket timmalna ti kasasaad. Kalpasanna, ti bassit a naingpis a tikap a metal ti mangrugi nga aggaraw iti bassit a panagsala. Apaman latta, impangatona ti bagbagina manipud iti perdigones ket nagkalkallautang iti naingpis nga angin! Ti estudiante ti nangala iti nasiglot nga alambre ket imbabana a limmabas iti naingpis a metal. Awan panangallilaw, awan gimmicks​—ti tikap ti agkalkallautang!

Dayta ti maysa nga eksperimento iti superconductivity nga inaramid ti maysa a grupo dagiti estudiante iti maysa a high school idiay California. Maysa wenno dua a tawen laeng ti napalabas, ti kasta nga eksperimento ti maaramidan laeng kadagiti adelantado a pagsirarakan a laboratorio nga addaan kadagiti sopisticado nga aruaten ken nawadwad a pundo. Ti kinapudno a daytat’ ar-aramiden dagiti estudiante ti high school itatta ket mangipamatmat iti napartak nga irarang-ay iti daytoy a tay-ak.

Ti Time magasin ti naaddaan iti maysa a kangrunaan nga estoria idi napalabas a Mayo a napauluan “Superconductors!​—Ti nakaskasdaaw nga iyaadelantar a mabalin a mangbalbaliw iti lubongtayo.” Inawagan dayta ti Newsweek a “A New Electrical Revolution.” Pinauluan ti Life magasin ti panangsalaysayna iti “Fast-Food Physics,” a nangisingasing no kasano kadaras ti panagtignay dagiti bambanag iti daytoy a paset. Gapuna, ania ti superconductivity? Ket ania dayta amin a pagraragsakanda?

Ti Nabayagen a Sapsapulen a Kalat

Ti conductivity, babaen iti depinasion, isu ti rukod ti abilidad ti maysa a sustansia a mangawit ti koriente. Kaaduan kadatayo ammotayo a dagiti materiales kas ti sarming ken porcelana saanda a makaawit ti elektrisidad. Iti kasumbangirna, dagiti metal kas ti tanso, balitok, ken platinum ti nasasayaat a managawit wenno conductor agsipud ta bassit unay ti pananglabanna ti koriente nga aglabas kadakuada. Ngarud, ti superconductivity, isu ti kaawan amin dagiti elektrikal a pananglaban iti sustansia​—dayta ti kasasayaatan a kasasaad nga agayus ti elektrisidad nga awan ti makasalsali ken awan aniaman a masayang.

Nabayagen nga ar-arapaapen dagiti sientista ti nagdakkelan a potensial a masalimetmetan ti kasta a kasasayaatan a material​—maysa a “superconductor.” Kas pangarigan, dagiti linea ti koriente a naaramid manipud kadagiti “superconductors” ti mangikkat saan laeng a ti dakkel a mapukpukaw nga enerhia gapu iti ilalaban kadagiti gagangay a barot no di ket kasta met dagiti nakaal-alas ken nakangingngina a parteng nga isu ti agsasallupang iti intero a pagilian. Ti panagusar kadagiti “superconductors” pagbalinenna a posible ti panangaramid kadagiti napekpek a supercomputers nga agandar iti kapegges nga agingga ita saan pay a nagun-odan. Ti karkarna a magnetiko a kababalin dagiti “superconductors” ti mabalin nga agturong iti maysa a baro a kaputotan dagiti nakapigpigsa nga elektromagneto a mamagbalin a praktikal kadagiti aruaten a maekseksperimento pay laeng kas kadagiti medikal a pagsiripan, ti tumtumpaw a nakapegpegges a tren, ti dadakkel a particle accelerators, ken uray pay ti fusion nga enerhia.

Nupay kasano ti panangkayaw dayta, nupay kasta, adda maysa a pangallilawna. Iti nasuroken a 75 a tawtawen, pagaammon dagiti sientista a sumagmamano kadagiti metal ti mangipakpakita ti superconductivity no laeng mapalamiis iti nakababbaba unay a temperatura, ginasgasut a degree iti baba ti panagketerna. Isu idi 1911 a ti maysa nga Olandes a sientista, a ni Heike Kamerlingh Onnes, immuna a naduktalanna ti dana dagiti “superconductors.” Gaput’ pannakaragpatna laeng iti pamay-an ti panangpadanum iti gas helium, nga isut’ nakagun-odanna ti Nobel prize idi 1913, isut’ agim-imbestigar iti epekto dagiti nababa a temperatura kadagiti nadumaduma a metal. Di ninamnama, naduktalanna a ti asugi (mercury) mapukawna amin dagiti elektrikal nga ilalabanna iti agarup -269° C, wenno 4 K, uppat a degree iti ngato ti aw-awagan dagiti sientista nga absolute zero iti pagrukodan a Kelvin.a

Nupay ti superconductivity ti nadiskubre babaen laeng iti aksidente, di nagbayag a nabigbigda ti pateg dayta. Nupay kasta, ti aglaplapusanan unay a nababa a temperatura, a maaw-awagan a pagbaliwan, wenno kritikal, a temperatura, nga isut’ pagbalinan ti material a “superconductor” isut’ nakaro unay a pagkapuyan. Ti kinangina unay ken kinarikut ti panagtrabaho kadagita a nababa a temperatura ti manglimitar iti praktikal a pategna. Kadagiti sumaganad a dekada, nageksperimento dagiti sientista kadagiti dadduma pay a materiales a mangnamnama iti pannakasarakdanto iti banag nga agbalin a “superconductor” kadagiti nangatngato a temperatura. Ngem ti irarang-ay ket nakabambannayat ti iyaayna.

Kadagiti adu a tawtawen, nupay kasta, dagiti dadduma a paspaset dagiti “superconductors” ti nasukalanda. Maysa kadagiti kapatgan unay, a nadiskubre idi 1933, a ta no maikabil ti “superconductor” iti maysa a magnetiko a tay-ak, daytat’ di mamalubos iti aniaman a magnetiko a panagayus a lumasat iti dayta, no di ket dayta ti manglapped wenno malappedan babaen iti panagayus. Daytoy a karkarna, a maaw-awagan ti epekto a Meissner, ti makagapu iti panagkallautangna, kas naidemostra iti eksperimento iti high school. Ti pannakadiskubrena ti nangiturong kadagiti napabaro a panagregget iti panagsirarak a maipaay kadagiti nangangato ti temperaturana a “superconductors.” Kaskasdi, nakabumbuntog ti panagrang-ay. Iti kabiitna a kas ti 1973, ti kasayaatan a nasarakanda isu ti maysa a metaliko nga alloy a nagbalin a superconducting iti 23 K, wenno -250° C., a kaskasdi a di praktikal a nababa a temperatura. Ket iti sumaganad a sangapulo ket dua a tawtawen wenno nabaybayag pay, dagiti bambanag ket nagintekda.

Agpangpangato ti Temperatura!

Ti baro a panagbalbaliw dagiti paspasamak ti nangrugi idi dagiti dua a sientista idiay pagsirarakan a laboratorio ti IBM idiay Zurich, Switzerland, nakagtengda iti idea a nalabit isu ti rason a saan unay nga agbalballigi dagiti dadduma a managsirarak gapu ta di umiso a material ti kitkitaenda. Agingga iti dayta a tiempo, kaaduan a panagsirarak ti maar-aramid kadagiti metal ken alloys. “Kumbinsidoak a saankayo a makaaramid iti aniaman a panagrang-ay kadagitoy a bambanag,” kuna ni Alex Müller, maysa kadagiti dua a sientista.

Ni Müller ken ti kaduana, a ni Georg Bednorz, nangrugida nga ageksperimento kadagiti metallic oxides idi 1983. Idi karrugi ti 1986 nagtenganda ti damdamo a kangrunaan nga iyaadelantar ti adu a tawtawen, ti superconductivity iti 35 K, wenno -238° C., nga agus-usar ti kompuesto a buklen dagiti barium, lanthanum, tanso, ken oksihena. Idi ti damag nga agangay naipablaak idi Setiembre 1986, nakellaat dagiti adda iti sientipiko a komunidad. Ti material nga inusar dagiti sientista iti laboratorio a Swiss, a pamilia dagiti ceramics, ti gagangay ket maysa nga insulator, ket awan ti agsuspetsa a daytoy ti kadadakkelan nga irarang-ay kadagiti umay a dekada.

Iti napartak a panagsasaganadna, maysa a baro a rekord ti sukatan ti sabali. Idi Pebrero 1987, maysa a gunglo nga indauluan ni C. W. Chu iti University of Houston ti nakadiskubre ti superconductivity iti material iti kangatuan a rekord a 93 K, wenno -180° C., babaen ti panangsukat ti lanthanum iti pananglaok ni Müller iti yttrium, ti maysa kadagiti makunkuna a natakkon nga elemento ti daga.

Daytoy a gapuanan ti nanglukat ti maysa a baro a kapitulo kadagiti nangato a temperatura a superconductivity. Agingga iti dayta a punto, ti likido a helium ti mausar a mangiyeg kadagiti materiales a mapagad-adalan agingga iti kasapulan a nababa a temperatura​—maysa a nakangingngina unay ken komplikado a pamay-an. Babaen ti baro a diskubre, ti panangpalamiis ti maaramidan itan babaen iti likido a nitrohena, a dayta ti dumanum iti 77 K, wenno -196° C. Ti likido a nitrohena ti nalaka laeng a magun-odan, a ti kanginana laeng ket agarup kas ti kangina ti gatas, ket dayta ti maiggaman nga awan dagiti nangingina nga aruaten. Daytoy, agraman iti kinapudno a ti oxide a material ket naglaka met nga aramiden ken di nangina, ti nangted ti kadakkelan a papel a nangted iti panagsirarak iti superconductivity iti kanayonan a tulong.

Siempre, ti ultimo a kalat, isunto ti maysa a “superconductor” iti temperatura laeng ti kuarto, a mangikkat iti aniaman a pannakasapul ti panangpalammiis, ket dagiti sientista ti intero a lubong ti sibabara a mangsursurot iti dayta a kalat. Kinapudnona, dagiti report maipapan kadagiti “fleeting traces” iti temperatura ti kuarto a superconductivity ti nangrugin nga agparang.

Idi agngudo ti Mayo 1987, ni Chu ken ti grupona ti nakapasayaat iti kabukbukodanda a rekord. Nakakitada ti maysa a bassit a paset ti maysa a specimen a nagbalin a superconducting iti 225 K, wenno -48° C., ngem agsardesardeng. “Daytat’ makitam a maminsan,” kuna ni Pei-Heng Hor, maysa a miembro dayta a grupo, “ngem di agbayag daytanton ti agawan, ngem daytanto ti makitam manen.” Ti sabali pay a grupo, idiay University of California sadi Berkeley, ti nangipadamag ti panagparang ti superconductivity iti 292 K, wenno -19° C., iti maysa a material a tartrabahuenda, ngem saanda a nauliten dayta a resulta.

Asidegen Aya ti “Golden Age”?

Amin dagiti nakaragragsak a damag maipapan kadagiti “superconductors” ti nangted ti impresion kadagiti adu a tattao nga agngangabittayo itan iti maysa a baro a panawen, maysa a teknolohikal a “golden age.” Ti biagtayo ti ngangnganin agbalbaliw, kunada, iti pamay-an nga inaramid dagiti imbension kadagiti napalabas, kas iti pagsilawan nga elektrica ken ti transistor. Amin kadi dagiti nakaskasdaaw a bambanag a maipagpagarup nga aramiden a posible dagiti “superconductors” ti pudno nga adda laengen iti pagsikkuan?

Umuna, “ti ad-adda a naan-anay pay a pamunganayan a sientipiko a pannakaawat ti masapul a magun-odan sakbay a maikabiltayo ti superconductivity iti nasaknap a pannakausarna,” kuna ni Erich Bloch, direktor iti U.S. National Science Foundation. Dagiti sientista ti saanda pay a nakagteng kadagiti piho a sungbat no apay a dagiti aramid-tao a ceramic a materiales ket kasta ti panagtignayda.

Gapu iti daytoy, patien dagiti adu nga eksperto nga abutenna pay ti adu a tawen sakbay a dagiti “superconductors” panawanda dagiti laboratorio ket maikabilda iti praktikal a pannakausar. “Ti potensial dagitoy a materiales ti dakkel, ngem ti pagorasan nga impasdeken dagiti pagiwarnakan ti di umiso,” kuna ti maysa a managsirarak idiay National Bureau of Standards. “Mabalin a lima pay a tawen sakbay a makitatayo ida kadagiti naingpis a pelikula kadagiti kompiuters, ken agingga iti duapulo a tawen sakbay a makitatay ida iti dakkel a pannakaiyaplikarda.”

Maysa kadagiti lapped ket adda iti kinapudno a dagiti nangato ti temperaturana a materiales a “superconductors” ket saanda a nalaka a sukogen wenno trabahuen kas kadagiti metal. Ken dagitoy a nasarangsang a materiales saanda met a nalaka a pilkuen, kas pagaammo ti uray siasino a nakatnagen ti ceramiko wenno ti plato. Kaskasdi, tapno dagiti “superconductors” ti mausar kadagiti praktikal a pakaiyaplikaranna, masapul a dagita ti maaramid a maikadua kadagiti barbarot ken pelikula. Kadagiti kompiuters ken nasangalen nga elektroniko a sirkito, kas pangarigan, masapul a dagita ti nairamanen kadagiti pelikula a paset laeng ti maysa a micron ti kapuskolna. Dagiti motor ken dagiti magneto kasapulanda dagiti naingpis, mapilkopilko a barot kadagiti pakaiputputipotanda, ken dagiti linea ti koriente masapul a napigsada ken nalap-itda.

Ti mangparikut pay kadagiti bambanag, dagiti sientista saanda a sigurado no dagiti materiales a “superconductor” kabaelanda nga awiten ti dadakkel a koriente wenno dagiti magnetiko a tay-ak a kasapulan dagiti adu a pakausaranna. Amin dagiti “superconductors” ket addaanda ti pangrugian a sadiay mapukawda ti kina-superconductivity-da. Iti agdama, dayta a pangrugian ti nakababbaba unay. Nalabit amin dagitoy a problema ket masolbar​—ngem saan nga iti masanguanan.

Nupay kasta, adda pay ti ad-adda a mangiparpartaan ti dakes a paset dayta. Uray pay itan ket addan sasao a panagusar kadagiti “superconductors” kadagiti partikulo wenno maipaturong nga armas ti enerhia iti pannakigubat iti law-ang! Ti kadi superconductivity ti agbalinto a bendision a tunggal maysa padpadlesanna ken pangin-inanamaanna, wenno agtungpalto dayta kadagiti dadduma a rebolusionario nga imbension kadagiti napalabas​—kas inaramid​—ti pulbora ken ti nuclear fission? Dayta ti maysa a saludsod a kaawatan awan asinoman a sisasagana a mangsungbat.

[Dagiti Footnote]

[Kahon iti panid 21]

Ti Potensial dagiti “Superconductors”

“Dagiti praktikal a palpalamiisen ti nitrohena a ‘superconductors’ ti makasalbar kadagiti al-alikamen ti binilbilion​—ken makasalbar ti umdas nga enerhia a mangikabil ti 50 wenno ad-adu pay a planta ti koriente kas reserba,” kuna ti Business Week. Dagiti superconducting a generators ken parparteng ti mabalin a kaipapananna met ti ad-adu a napipigsa a planta a paggapuan ti koriente a maiyadayo manipud kadagiti siudad, a mangkissay iti polusion, ngina, ken peggad.

Ti Maglevs​—dagiti tumtumpaw iti magneto a tren​—nga addaan kapegges a 480 kilometros por ora ti mabalin a maaramid a praktikal babaen kadagiti nalalag-an a superconducting a magneto. Dagiti tramvia a papaandaren dagiti episiente a superconducting a motor ti mabalin a mangipababa ti polusion ti angin iti uneg ti siudad. Uray pay dagiti barko ti mabalin a paandaren dagita a motor.

Dagiti maaramat a superconducting microchip a sangaribo a daras a naparpartak ngem dagiti silicon transistors ti agdaman nga ar-aramidenda. Ti panagusar kadagita a chips, saanto laeng a naparpartak dagiti masanguanan a kompiuter, no di ket babaen ti panangipababada unay iti pudotna, agbalindanto a babbabassit. Dagiti kompiuter iti rabaw ti lamisaan ti nakapigpigsanton kas kadagiti agdama a sentral a paset ti kompiuter.

Dagiti NMRs (nuclear magnetic resonance scanners) ken ti SQUIDs (superconducting quantum interference devices) isuda dagiti makina a mabalinda a siripen ti natauan a bagi ken mangilasin kadagiti allon ti utek. Ti pannakaipababa dagiti ngina ken kinarikut inton mausar dagiti “superconductors” ti mangiyeg kadagitoy a makina a nalaka a magun-odan dagiti gagangay nga ospital ken klinika.

Ti potensial dagiti “superconductors” ket dakkel. Kasano kaadunto iti dayta ti maragpatda?

[Picture Credit Line iti panid 19]

IBM Research