coppie di Cooper
coppie di Cooper
Si utilizzano per descrivere un particolare stato della materia che si realizza in alcuni materiali al di sotto di una data temperatura, la temperatura critica. In tali materiali, detti superconduttori, si forma un accoppiamento a due a due degli elettroni di conduzione (liberi) presenti al loro interno. Tali coppie di elettroni sono responsabili del fenomeno della superconduttività e sono dette coppie di Cooper, dal nome di Leon N. Cooper che, insieme a John Bardeen e John R. Schrieffer, propose nel 1957 una teoria microscopica della superconduttività (teoria BCS). In ogni metallo normale esistono elettroni cosiddetti di conduzione che si possono muovere liberamente sotto la spinta di un campo elettrico e sono quindi responsabili dello scorrere della corrente elettrica. Tuttavia durante il loro moto gli elettroni di conduzione sono disturbati dalle vibrazioni termiche degli atomi che costituiscono il metallo e ne risulta una perdita di energia che si manifesta macroscopicamente come la resistenza elettrica. Nei materiali superconduttori, al di sotto della temperatura critica, si genera una particolare interazione tra gli elettroni e le vibrazioni degli atomi del materiale che risulta in un legame che accoppia gli elettroni a due a due. Gli elettroni accoppiati si comportano come particelle di natura molto diversa dagli elettroni (sono bosoni mentre gli elettroni sono fermioni) e riescono a muoversi nel materiale senza risentire delle vibrazioni atomiche. In questo modo si ha un passaggio di corrente senza perdita di energia: la resistenza è nulla e si ha la superconduzione. La natura bosonica delle coppie di Cooper fa sì che esse si dispongano tutte nello stesso stato quantico (condensazione bosonica) realizzando nel materiale superconduttore una configurazione molto rara da osservare in natura: un sistema quantistico macroscopico.