LA FISICA EXPERIMENTAL MODELIZACIÓN DE EXPERIMENTOS E. García Michel Dto de Física de la Materia Condensada Dto.

PRIMERA PARTE: PARTE LA FISICA EXPERIMENTAL

…historia hi t i d de cómo ó un experimento i t suficientemente preciso puede cambiar nuestra t comprensión ió d de lla N Naturaleza… t l

LA FISICA

La física es una ciencia natural cuya finalidad es el estudio de las propiedades i d d de d la l materia t i y de d la l energía, í considerando id d tan t solo l los l atributos t ib t capaces de ser medidos. En ese sentido, se trata de una disciplina intrínsecamente experimental.

FISICA TEÓRICA vs FISICA EXPERIMENTAL Desde el siglo XX existe una separación “cultural” en la física teórica y la física experimental, de manera que los físicos se definen a si mismos como t ói teóricos o experimentales. i t l Los físicos teóricos centran su trabajo en el desarrollo de modelos matemáticos que expliquen los experimentos conocidos y que predigan los resultados de posibles experimentos futuros. Aunque teoría A t í y experimentos i t se desarrollan d ll d forma de f separada, d son dependientes una de los otros: los avances se suelen producir porque los experimentos muestran resultados que la teorías existentes hasta el momento no explican o porque nuevas teorías implican el desarrollo de nuevos experimentos que las comprueben.

La física experimental es el conjunto de disciplinas físicas cuya finalidad consiste en la observación de la naturaleza con la intención de obtener información cuantificable de la misma misma.

HISTORIA En Europa, los cambios mas importantes tuvieron lugar durante la “revolución científica” en la que participaron Galileo, Huygens, Kepler, Pascal y Newton. Se considera que la culminación definitiva de la física experimental ocurrió tras la publicación de los Principia de Newton. Antes de eso, Bacon ya había establecido las normas del método científico. científico En el s. XVII se desarrolla la termodinámica y se ponen las bases de la mecánica estadística, que culmina con Boltzman. A finales del s. XVIII Joule desarrolla los experimentos que le llevaran a plantear la XVIII, ley de la conservación de la energía. En 1808 Dalton propone la teoría moderna del átomo, y comienzan los experimentos para desentrañar la electricidad. electricidad Los experimentos en electromagnetismo de Faraday, Ampere y Oersted se unifican en las cuatro leyes escritas por Maxwell. En el s. XX, cuando la Física se daba por terminada, se produce una segunda revolución. La búsqueda de explicaciones a varios experimentos marca el nacimiento de la mecánica cuántica, que justo con la teoría de la relatividad presentada por Einstein en 1905 forman la física moderna.

EXPERIMENTOS QUE REVOLUCIONARON LA FISICA Imposible enumerarlos todos. Experimento de Michelson-Morley: relatividad especial Experimento del cuerpo negro: naturaleza cuántica de la materia Experimento de Rutherford: estructura del átomo E Experimentos i t sobre b lla iinducción d ió electromagnética l t éti Experimentos sobre la radiactividad Experimento: la difracción de RX y de partículas por cristales Experimento de la gota de Millikan

LA ANÉCDOTA DE KELVIN

A finales del s. XIX Lord Kelvin, se atrevió a decir que solo dos pequeñas “nubecillas” arrojaban sombras sobre el majestuoso panorama de conocimiento que había construido la física clásica desde Galileo y Newton hasta ese momento: .- el resultado del experimento de Michelson-Morley, que había fallado en detectar la existencia del éter .- la radiación del cuerpo negro: la incapacidad de la teoría electromagnética clásica de predecir la distribución de la energía radiante de un n radiador idealizado ideali ado llamado cuerpo c erpo negro. negro Lord Kelvin no pudo predecir que al tratar de disipar esas dos “nubecillas”, la física se vería arrastrada a dos revoluciones: la relativista y la cuántica

EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLEY El problema del éter Michelson había medido la velocidad de la luz con un error menor que el 0.02% 0 02% usando varios espejos separados km de distancia. Una vez que obtuvo su objetivo, su principal interés fue determinar la velocidad del éter para así demostrar que la luz era una onda, y no una partícula. La ortodoxia de la época suponía la existencia del éter, como el medio en el que se desplazaba la luz. El origen de esta idea era que el sonido (también una onda) requiere de un medio para ser generado. La luz, por tanto, debía necesitar de otro medio (el éter) para propagarse. Esta idea fue planteada originariamente por Maxwell y apoyada por Kelvin y Tesla. Experimentalmente E i t l t se había h bí comprobado b d que ell sonido id no se propagaba b cuando d se realizaba vacío dentro de una campana, pero la luz sí. Debido a que la velocidad de la luz era muy alta, la densidad del éter debía ser muy baja.

EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLEY Michelson y Morley construyeron lo que se conoce como el interferómetro de Michelson. Se compone de un semiespejo, que divide la luz monocromática en dos haces de luz que viajan en un determinado ángulo el uno respecto al otro. Así se pueden enviar simultáneamente dos rayos de luz (de la misma fuente) en direcciones p perpendiculares, p , hacerles recorrer caminos ópticos p iguales g y recogerlos en un punto común, en donde se crea un patrón de interferencia que depende de la velocidad de la luz en los dos brazos del interferómetro. Cualquier diferencia en esta velocidad (provocada por la diferente dirección de movimiento de la luz con respecto al movimiento del éter) sería detectada.

EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLEY

Este experimento es conocido como el experimento fallido mas famoso del mundo. No fueron capaces de determinar ninguna diferencia, en ningún momento del año ni a diferentes horas del día. La velocidad de la luz era por tanto independiente de la posición de la Tierra respecto al supuesto éter.

ALBERT A. MICHELSON

Albert A. Michelson; 1852 - 1931 Físico estadounidense. Fue oficial de la marina en 1869 y pasó a desempeñar un puesto de profesor en la escuela naval de Annapolis en 1880. Michelson consagró su vida a perfeccionar la exactitud de los cálculos de medida de la velocidad l id d de d la l luz l utilizando tili d la l interferometría i t f t í como base b fí i física.

The Nobel Prize in Physics 1907 "for his optical precision instruments and the spectroscopic and metrological investigations carried out with their aid"

EXPERIMENTO DE MICHELSON-MORLEY El experimento desecho la idea de la existencia del eter, ya que el aparato se comportó como si no hubiese "viento del éter". Este asombroso resultado no podía ser explicado por la teoría de las ondas vigente en la época. Para seguir manteniendo la ortodoxia de la época se plantearon muchas explicaciones, como que la Tierra arrastraba de alguna forma al propio éter.

Pero ninguna idea era del todo satisfactoria. La física, una ciencia acabada, parecía desmoronarse. Ernstt Mach E M h fue f uno de d los l primeros i fí i físicos en considerar id que ell resultado lt d del d l experimento era correcto y sugirió una nueva teoría. El propio Michelson fue reacio a ellas. Sin embargo, la naturaleza de la luz ya residía en la teoría de campos electromagnéticos de las ecuaciones ec aciones de Maxwell Ma ell Las investigaciones iniciadas a raíz del experimento llevaron a una teoría alternativa consistente, consistente la contracción de Lorentz, Lorentz que explicaba el resultado. resultado El desarrollo de esta teoría desembocó en la relatividad especial de Einstein.

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO Un cuerpo negro es un objeto “teórico” que absorbe el 100% de la radiación que recibe. Como no refleja nada de luz aparece como negro. En la practica no existe ningún cuerpo negro, pero el grafito solo emite el 3% de la radiación que recibe, por lo que puede suponerse como tal. Kirchoff creó el concepto de cuerpo negro: una j g grande,, con un p pequeño q agujero, g j , con las caja paredes internas pintadas de negro. La energía que incide en el orificio penetra en su interior y, tras muchas reflexiones en las paredes, prácticamente toda ella es absorbida, no saliendo nada al exterior. Un cuerpo negro es , por tanto, U t t un absorbedor y un emisor perfecto.

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO El problema del cuerpo negro A principios del s. XIX existía un conocimiento bastante profundo del calor: era el responsable de que los átomos del sólido vibrasen. Por otro lado, las predicciones de Maxwell indicaban que las cargas que oscilan emiten radiación electromagnética. Por lo tanto, cuando un cuerpo se calienta las vibraciones a escala atómica darían lugar a oscilaciones de cargas. Es conocido q que el color de un cuerpo p radiante cambia con su temperatura. Estudiando la luz emitida por el cuerpo negro, los científicos querían entender como interaccionaba la radiación con la materia.

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO La catástrofe ultravioleta Lord Rayleigh y Jeans hicieron el cálculo de la densidad de energía en un cuerpo negro y llegaron a una ley matemática que resultaba de la emisión. emisión Clásicamente, la densidad espectral de energía en equilibrio depende del número de modos normales que se pueden formar en el interior del cuerpo negro. g Cuando la longitud g de onda disminuye y ((la frecuencia aumenta), ), el número diverge, por lo que la densidad espectral lo hace también.

A ( )

A frecuencias altas (ultravioleta) la curva tiende a infinito. El cuerpo negro irradiaría una energía infinita. infinita

Densidad espectral de energía

 ( )   2



A esto se llamo la catástrofe ultravioleta. ultravioleta

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO La catástrofe ultravioleta Los resultados no coincidían salvo para valores muyy pequeños de frecuencias.

Planck estaba interesado en el problema, pero además era amigo de Rubens, uno de esos experimentales con datos casi perfectos sobre el cuerpo negro. Planck Pl k conocía í ell trabajo t b j de d Rayleigh R l i h y Jeans J y se dio di cuenta t de que era teóricamente impecable, y que para frecuencias próximas a cero, se adecuaba perfectamente a los datos. Supuso que la explicación teórica era correcta y le añadió un termino para que funcionase en el resto de la curva. Al hacerlo, quedaron dos parámetros libres, libres unas constantes que ajustó a los datos experimentales y que presentó el 14 de diciembre de 1900 en la reunión anual de la DPG.

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO Para comprender lo que estaba ocurriendo, Planck tenia una ventaja sobre sus predecesores: la mecánica estadística de Boltzman y sus conocimientos de termodinámica (en vez de la aproximación clásica desde el electromagnetismo) Resolvió de nuevo el problema imaginando que había N resonadores que emitían una energía ε y pensó en recuperar el continuo haciendo N → ∞ y ε → 0. Antes de t tomar l limites, los li it l solución la l ió coincidía i idí con la l curva experimental, i t l pero cuando d se alcanzaba el continuo se recuperaba la ley de Rayleigh-Jeans. La conclusión es inmediata: no se pueden tomar los límites.

¿Q significan ¿Que g los límites? Aunque q N sea muyy g grande no es infinito: hayy p pequeñas q partículas (¿átomos?) que se encargan de emitir la radiación. Y la energía no se puede emitir en cantidades tan pequeñas como se quiera, sino que siempre son mayores y que una cantidad concreta: la energía q g se emitía en p pequeños q paquetes p q de luz, que él llamo quanta, cuya energía es siempre un múltiplo entero de una constante conocida como constante de Planck.

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO La hipótesis de Plank El intercambio de energía entre la radiación y las paredes del recipiente se efectúa de manera cuantizada, cuantizada es decir, decir la energía no se intercambia de manera continua sino en paquetes, llamados cuantos E  h h (constante de Planck) h  6 .626 x 10  34 joules  segundo   frecuencia frec encia

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO

Planck

Rubens

First Solvay Congress, 1911; Brussels; L-R seated at table: Nernst; Brillouin; Solvay; Lorentz; Warburg; Perrin; Wien; Curie; Poincare. L-R Standing: Goldschmidt; Planck; Rubens; Sommerfeld; Lindemann; De Broglie; Knudsen; Hasenohrl; Hostelet; Herzen; Jeans; Rutherford; Kamerlingh-Onnes; Einstein; Langevin

MAX PLANCK

Max Karl Ernst Ludwig Planck; 1858 - 1947 Físico alemán. Nació en Kiel y estudió en las universidades de Munich y Berlín. Fue nombrado profesor de física en la Universidad de Kiel en 1885, y desde 1889 hasta 1928 ocupó el mismo cargo en la Universidad de Berlín. En 1900 f formuló ló que la l energía í se radia di en unidades id d pequeñas ñ separadas d denominadas d i d cuantos y descubrió una constante de naturaleza universal que se conoce como la constante de Planck.

The Nobel Prize in Physics 1918 "in in recognition of the services he rendered to the advancement of Physics by his discovery of energy quanta""

LA RADIACION DEL CUERPO NEGRO La mecánica cuántica El experimento p del cuerpo p negro g originó g la mecánica cuántica. Varios experimentos famosos contribuyeron a su desarrollo, pero la solución del cuerpo negro fue sin duda el punto de partida. Experimento de la doble rendija Efecto fotoeléctrico Difracción de los RX

En la tumba de Planck en Göttingen se encuentra grabada la leyenda:

CONCLUSIONES DE LA PRIMERA PARTE

La Física es una ciencia experimental, cuyas conclusiones y explicación de la naturaleza se basan en los datos experimentales obtenidos previamente. Nuestra explicación de la Naturaleza llega tan lejos como seamos capaces previamente de medirla: la precisión y exactitud de nuestras medidas determinan así nuestra capacidad de entender el mundo que nos rodea. j de la calidad de los experimentos p ha p permitido Frecuentemente,, la mejora abrir una puerta a la comprensión de un nuevo rango de fenómenos físicos.

SEGUNDA PARTE: MODELANDO EXPERIMENTOS

…historia

de cómo la interpretación de los datos experimentales puede también cambiar nuestra comprensión de la Naturaleza…

LA FISICA: UNA CIENCIA EXPERIMENTAL La física es una ciencia natural cuya finalidad es el estudio de las propiedades de la materia y de la energía, considerando tan solo los atributos capaces de d ser medidos. did E ese sentido, En tid se trata t t de d una disciplina di i li intrínsecamente experimental.

El primer paso en la comprensión de la naturaleza es la realización de una medida tan precisa como sea posible. El segundo paso es la interpretación de esa medida, lo que requiere habitualmente la existencia de un modelo físico-matemático acerca del comportamiento de los datos.

EL METODO CIENTÍFICO El método científico describe como se obtiene el conocimiento. Los científicos L i tífi proponen hipótesis hi ót i (modelo) ( d l ) como posible ibl explicación li ió de d los l fenómenos y se diseñan experimentos para comprobar dichas hipótesis.

A áli i d Análisis de d datos t experimentales i t l El análisis de los datos que se obtienen mediante los experimentos es crucial

LA NAVAJA DE OCKHAM La “navaja de Ockham” es un postulado que indica que “en igualdad de condiciones la solución más sencilla es probablemente la correcta” o “no ha de suponerse la existencia de más cosas que las absolutamente necesarias”. Es un principio atribuido al fraile franciscano inglés del siglo g XIV William Ockham, forma la base del reduccionismo metodológico, es decir la simplificación de los modelos supuestos a la hora de explicar un fenómeno. Ejemplo: si oigo un ruido de cascos en una ciudad europea lo más razonable es suponer que se trata de europea, un caballo y no de una cebra. Contraejemplo: el creacionismo (un ser superior que crea los seres vivos) es una hipótesis mas sencilla que la evolución. La explicación mas sencilla, no tiene porque ser la verdadera, aunque sí es el mejor punto de partida.

DESARROLLO DE MODELOS

El desarrollo de un modelo físico-matemático para la explicación de una observación experimental está condicionado por varias circunstancias: -el nivel de comprensión del fenómeno físico -el nivel de desarrollo de la tecnología y/o las herramientas matemáticas adecuadas para explicar el fenómeno físico -la la capacidad del científico para introducir nuevas ideas en la explicación de los datos.

EJEMPLOS

El movimiento de los planetas Mejores datos experimentales

La conductividad eléctrica Mejora de la tecnología

EJEMPLOS

El movimiento de los planetas Mejores datos experimentales

La conductividad eléctrica Mejora de la tecnología

EJEMPLO 1: EL MOVIMIENTO PLANETARIO El movimiento de los planetas en el cielo nocturno ha fascinado a la humanidad desde el principio de los tiempos. A diferencia de las estrellas, cuyas posiciones relativas permanecen fijas (a la escala de las observaciones visuales), los planetas se desplazan entre las estrellas describiendo trayectorias complejas (de hecho, la palabra planeta significa “errante” o “vagabundo”.) Nos centraremos en el movimiento de Marte por razones históricas. En 1600 Johannes Kepler, de 29 años de edad, llegó a Praga para trabajar con quien probablemente era el mejor astrónomo que nunca había existido, el danés Tycho Brahe. Brahe había acumulado datos astronómicos durante una gran cantidad tid d de d años, ñ e incluso i l h bí había recopilado observaciones antiguas.

LAS OBSERVACIONES DE TYCHO BRAHE Los datos de Tycho Brahe eran visuales, ya que el telescopio, desarrollado por Galileo, no se introdujo hasta aproximadamente 1610 en las observaciones astronómicas. A pesar de ello, tenían una precisión de 2’, o que equivale al espesor de un cabello a la distancia del brazo extendido.

Tycho Brahe murió en 1601, un año después de la llegada de Kepler. A partir de ese momento, o e to, Kepler ep e abordó abo dó la a ta tarea ea de comprender el movimiento de Marte.

EL MOVIMIENTO RETRÓGRADO DE MARTE

El movimiento de los planetas presenta frecuentemente el llamado “movimiento retrógrado”. El planeta detiene aparentemente su movimiento, invierte su dirección, vuelve a detenerse y finalmente recupera la dirección inicial.

EL MODELO DE PTOLOMEO: HACIENDO ÓRBITAS BASADAS EN CÍRCULOS El movimiento retrógrado es imposible de explicar con un modelo geocéntrico simple como el de Aristóteles, ya que en este modelo todos los planetas deben seguir una trayectoria uniforme.

EL MODELO DE PTOLOMEO

Apolonio propuso que los planetas describían una órbita mixta, compuesta de una deferente y un epiciclo. El movimiento combinado sobre el epiciclo y la deferente permite explicar el movimiento retrógrado. La Tierra no está en el centro del deferente, sino en una posición excéntrica.

EL MODELO DE KEPLER Aunque el modelo de Ptolomeo permite explicar observaciones no muy precisas, los datos de Tycho Brahe claramente no podían explicarse mediante el sistema de epiciclos y deferentes. deferentes Algunas circunstancias facilitaron el trabajo de Kepler: .- Marte es un planeta externo y rara vez se encuentra cerca del Sol .- Tiene la órbita más excéntrica de todos los planetas externos .- Es el más próximo a la Tierra, y por tanto su posición tiene grandes cambios .- Es el más cercano al Sol de los planetas externos; al ser su órbita más rápida, pueden hacerse más observaciones. .- Kepler refería todas sus medidas a la distancia de la Tierra al Sol, que no conocía. Sin embargo estimó que la excentricidad de la órbita de la Tierra era muy pequeña (y pudo embargo, considerarla circular), ya que la distancia entre equinoccios de marzo a septiembre es 186 días y de septiembre a marzo de 178 días, lo que permite estimar e=0.02, frente a 0.0167 (exacto).

OBTENIENDO LA FORMA DE LA ORBITA

Kepler calculó las áreas mediante triangulación, y las distancias en función de la distancia de la Tierra al Sol. Su método S ét d no consistió i tió en probar b diferentes dif t t trayectorias t i y ver cuall se ajustaba a los datos, sino en deducir la trayectoria a partir de los datos. Primero descartó el círculo, y después probó elipses muy excéntricas. No conocía todas las propiedades de las elipses, por lo que tuvo que desarrollar él mismo parte del trabajo geométrico. geométrico Una vez que llegó a este punto razonó que: “Entre un círculo y una elipse p no hayy otra curva q que no sea una elipse, p ,p por tanto la trayectoria debe ser una elipse” A p partir de aquí, q aplicó p el método científico, al verificar si una elipse p le permitía reproducir otras observaciones, lo que pudo hacer con gran exactitud.

EL MOVIMIENTO RETROGRADO DE MARTE: MODELO HELIOCÉNTRICO El modelo heliocéntrico permite explicar muy fácilmente el movimiento retrógrado: se debe a las velocidades combinadas de Marte (más lenta) y la Tierra (más rápida).

EJEMPLOS

El movimiento de los planetas Mejores datos experimentales

La conductividad eléctrica Mejora de la tecnología

EJEMPLO 2: LA CONDUCTIVIDAD ELECTRICA La carrera por licuar todos los gases conocidos dio lugar a una nueva ciencia: la criogenia y al desarrollo de los criostatos. En 1877 Pictet y Caillet, de forma independiente habían conseguido licuar el oxígeno. H t entonces Hasta t se pensaba b que existían i tí gases (gases ( permanentes) t ) que no podían dí existir en otra fase que no fuera la gaseosa. Esta carrera motivó grandes desarrollos tecnológicos basados en nuevas propiedades físicas En 1850 J. físicas. J P. P Joule y Lord Kelvin (W. (W Thomson) observaron que un gas bajo presión que escapaba por un pequeño orificio disminuía de temperatura. En 1895, C. Linde (Munich) construyo el primer criostato moderno basado en este método (método Joule Joule-Thomson) Thomson) y en el que una espira metálica funcionaba como intercambiador de calor.

Transferencia de He. Laboratorio de bajas temperaturas. UAM Intercambiador de calor de la Universidad de Zaragoza

LA MOTIVACIÓN K. Onnes, dedicó su carrera al estudio de las propiedades de la materia a bajas temperaturas. Empezó en 1882, cuando se unió a la Universidad de Leiden y comenzó a trabajar en el estudio del comportamiento de los gases a b j temperatura. baja t t En 1898 comienza una carrera con James Dewar (inglés) por ver quien era el primero en licuar He. p El método Joule-Thomson fue el utilizado por Onnes para obtener su record de temperatura en 1908 (0.9 K).

Oxígeno líquido

LA MOTIVACIÓN

Cuando Onnes comenzó a trabajar, trabajar la licuefacción de los gases era un fin sí misma. Sin embargo, embargo Onnes quería estudiar las propiedades de la materia a bajas temperaturas. A pesar de las presiones que sufrió, abandonó el camino de conseguir récords para concentrarse en la física de la materia condensada. condensada Trabajar con He líquido es muy difícil. Onnes dedico los tres años siguientes a d desarrollar ll ell sistema i t experimental i t l que le l permitiera iti mantener t ell He H líquido lí id ell tiempo suficiente para que pudiera enfriar otras sustancias, y así poder estudiar sus propiedades a baja temperatura.

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA La conductividad eléctrica es la habilidad que presenta un material para dejar pasar la corriente eléctrica.

Kamerlingh Onnes seleccionó, como uno de los temas de sus investigaciones g a bajas j temperaturas, el comportamiento de la resistividad eléctrica de los metales. Esto se debió a que la medida de esta propiedad se puede llevar a cabo con relativa facilidad a cualquier temperatura y, también, a que el tema de la resistividad eléctrica de los metales era, ya en aquel tiempo, de considerable importancia. ¿Qué pasaría si se bajaba aún más la t temperatura? t ?

Resistividad

Se sabia que la conductividad eléctrica dependia de la temperatura. En los metales la conductividad eléctrica decrece al subir la t temperatura. t

Temperatura

POSIBLES MODELOS Existían tres posibles modelos sobre el comportamiento de la conductividad eléctrica a baja temperatura. C- Si al disminuir la temperatura, p , y con ella la energía de movimiento de los electrones, éstos se quedan atrapados alrededor de los iones en el metal. Entonces los electrones de conducción, desaparecen rápidamente al disminuir la temperatura y la resistencia se dispara.

A- Si la resistencia eléctrica se debe únicamente a la dispersión que los electrones sufren por las vibraciones de la red atómica. Desaparecen las vibraciones, desaparece la resistencia. resistencia B- Si las dispersiones de los electrones por las impurezas dominan la resistividad, en algún momento desaparece la dependencia con la temperatura. temperatura

EL EXPERIMENTO

Para comenzar, Kamerlingh Onnes decidió examinar la primera hipótesis. hipótesis Eligio como primera opción Au y Pt, pero se pasó al Hg, porque era el metal más puro que podía obtenerse en esa época. época Cuando observó que la resistividad eléctrica del mercurio a una temperatura inferior a 4.22 K era menor, por un factor de 1011, que su valor correspondiente a una temperatura p un p poco p por encima de 4.22 K, pensó que existía algún problema experimental.

EL EXPERIMENTO Lo primero que hizo fue repetir las medidas hasta que se aseguró del resultado. Entonces pensó que había demostrado el modelo A. Sin embargo, al medir con cuidado la transición, transición Onnes observo que la resistividad no disminuía de manera continua, sino que desaparecía muy abruptamente a una temperatura de 4.15 K. Por otro lado, también observó que este comportamiento no se alteraba al introducir impurezas en la muestra de mercurio. Tras la sorpresa inicial, se dio cuenta de la existencia de un nuevo estado del mercurio, en el cual no había resistividad eléctrica. A este nuevo estado lo llamó estado supraconductor, aunque después cambió el nombre a superconductor. p

"Mercuryy has p passed into a new state,, which on account of its extraordinary electrical properties may be called the superconductive state".

SUPERCONDUCTIVIDAD La resistencia eléctrica en los metales aparece porque los electrones que se mueven a través del material se dispersan debido a cambios en la simetría traslacional (defectos, impurezas, vibraciones…) En un superconductor no existe resistencia porque los mecanismos de dispersión son incapaces de impedir dicho movimiento. Un electrón U l t ó que se mueve a través t é de d la l red d atrae t l red la d hacia h i él mismo. i E Esa distorsión (fonón) actúa sobre un segundo electrón, atrayéndole y permitiendo que se mueva detrás del primer electrón. El segundo electrón encuentra mucha menor resistencia a su movimiento, como un coche tras un camión, que nota menor resistencia del aire.

¿ES LA RESISTIVIDAD REALMENTE CERO?

En experimentos E i t en laboratorio l b t i se ha h observado flujo de corriente en anillos durante más de 50 años. La teoría predice que puede haber flujo sin pérdidas durante un tiempo comparable a la edad del universo

K. ONNES Era conocido por ser uno de los mejores físicos experimentales de su época. Su lema era: “Door meten tot weten”

K. ONNES

1908 Heike Kamerlingh Onnes puede, por primera vez en el mundo, obtener helio líquido, cuya temperatura de ebullición es de 4.22 K. Este logro experimental permitió descubriera la superconductividad.

que

Onnes

The Nobel Prize in Physics 1913 "for his investigations on the properties of matter at low temperatures which led, inter alia, to the production of liquid p q helium"

CONCLUSIONES DE LA SEGUNDA PARTE

La Física,, como ciencia experimental, p , basa su progreso p g en la existencia de datos experimentales de gran precisión. Un conjunto U j t d de d datos t d de gran calidad lid d permite it comprobar b ell modelo físico-matemático que permita explicarlos, o descartarlo si no consigue hacerlo.