Varios cientos de metales, compuestos, aleaciones y cerámicas poseen la propiedad de superconductividad a bajas temperaturas. La materia de quarks de color SU(2) se encuentra junto a la lista de sistemas superconductores. Aunque es una abstracción matemática, se cree que sus propiedades están estrechamente relacionadas con la materia quark color SU(3) , que existe en la naturaleza cuando la materia ordinaria se comprime a densidades supranucleares superiores a ~ 0,5 10 39 nucleones/cm 3 .
Los materiales superconductores se caracterizan por la pérdida de resistencia y de dos parámetros: una temperatura crítica Tc y un campo magnético crítico que lleva al superconductor a su estado normal. En 1911, H. Kamerlingh Onnes descubrió la superconductividad del mercurio a temperaturas inferiores a 4 K. Posteriormente se encontraron otras sustancias con superconductividad a temperaturas de hasta 30 K. Los superconductores evitan la penetración del campo magnético externo en la muestra cuando la intensidad del campo magnético es menor que el valor crítico. Este efecto se denominó efecto Meissner . La superconductividad de alta temperatura se descubrió en la década de 1980. De los compuestos conocidos, la temperatura crítica más alta T с = 135 K pertenece al HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8+x .
La superconductividad a baja temperatura ha encontrado una explicación teórica en el modelo de Bardeen, Cooper y Schrieffer ( teoría BCS ). [1] La base física del modelo es el fenómeno del emparejamiento de electrones de Cooper. Dado que un par de electrones tiene un espín entero, los estados correlacionados de los electrones pueden formar un condensado de Bose-Einstein. Bogoliubov [2] y Valatin desarrollaron un formalismo equivalente . [3]
El apareamiento de nucleones de Cooper tiene lugar en núcleos ordinarios. El efecto se manifiesta en la fórmula de masa de Bethe-Weizsacker , cuyo último término de emparejamiento describe la energía de correlación de dos nucleones. Debido al emparejamiento, la energía de unión de los núcleos pares-pares excede sistemáticamente la energía de unión de los núcleos pares-impares e impares.
La fase superfluida de la materia de neutrones existe en las estrellas de neutrones. La superfluidez se describe mediante el modelo BCS con un potencial de interacción nucleón-nucleón realista. Al aumentar la densidad de la materia nuclear por encima de la densidad de saturación, se forma materia de quarks. Se espera que la materia densa de quarks a bajas temperaturas sea un superconductor de color. [4] [5] [6] En el caso del grupo de colores SU(3), un condensado de Bose-Einstein de los pares de quarks Cooper tiene un color abierto. Para cumplir con el requisito de confinamiento , se considera un condensado de Bose-Einstein de estados incoloros de 6 quarks [5] o se utiliza la teoría BCS proyectada. [7] [8]
El formalismo BCS es aplicable sin modificaciones a la descripción de la materia de quarks con el grupo de color SU(2), donde los pares de Cooper son incoloros. El modelo Nambu-Jona-Lasinio predice la existencia de la fase superconductora de la materia de quarks de color SU(2) a altas densidades. [9] Esta imagen física se confirma en el modelo Polyakov-Nambu-Jona-Lasinio, [10] y también en los modelos QCD reticulares [11] , [12] en los que las propiedades de la materia de quarks fríos se pueden describir basándose en la primera Principios de la cromodinámica cuántica . La posibilidad de modelar redes de QCD de dos colores con potenciales químicos finitos para números pares de tipos de quarks está asociada con la definición positiva de la medida integral y la ausencia de un problema de signo .