«Vi spiego perché i superconduttori sono il futuro»

Abbiamo incontrato Lilia Boeri, professoressa associata in Fisica teorica della materia condensata al­l’Università La Sapienza di Roma e attualmente responsabile della tematica “superconduttività e magnetismo” nell’ambito del Partenariato Ener­gia Nest finanziato dal Pnrr, nella sua luminosissima casa non distante dai luoghi della breccia di Porta Pia. Da una ventina d’anni ha concentrato i suoi studi sul “progettare” a livello atomico nuovi materiali superconduttori, capaci cioè di condurre energia senza resistenza. E il suo entusiasmo traspare nel ricordare le tante tappe compiute dalla scienza in questo campo già dai primi anni del Novecento. Da oltre cent’anni, quando il fenomeno della superconduttività fu scoperto, si sa infatti che se si trovasse un materiale superconduttore in grado di funzionare a temperatura ambiente si avrebbe una vera e propria “rivoluzione tecnologica”, ma questo materiale ancora non si è trovato.
L’approccio è più che cordiale, ma lo scopo delle sue ricerche ci sembra talmente difficile che chiediamo subito spiegazioni elementari e, alla fine, capiamo che il mondo dei superconduttori ci riguarda molto più da vi­cino di quanto potessimo im­maginare. Par­liamo di materiali che conducono la corrente senza dissipare energia e che sono capaci di sostenere campi ma­gnetici molto grandi.
«Ogni cavo elettrico, scaldandosi, disperde energia per via della resistenza che si crea al passaggio degli elettroni – spiega Lilia Boeri -. Il problema che ci si pone è come condurre e immagazzinare energia senza perdere quel circa 30% che si spreca in forma di calore. I superconduttori, però, funzionano a temperature molto basse e per utilizzarli vanno refrigerati, ad esempio con elio o azoto liquido, operazione troppo costosa». Ci sono quindi diverse difficoltà da superare. «Sicuramente – prosegue – bisogna superare quelle connesse ai costi di raffreddamento, fattore che attualmente ne limita l’utilizzo su larga scala. Diverso sarebbe se si raggiungesse la superconduttività a temperatura ambiente».
Lilia Boeri è un’esperta a livello mondiale della simulazione del comportamento microscopico dei materiali. Ci spiega che fino a vent’anni fa il grande problema nel cercare nuovi ipotetici superconduttori era legato all’assenza di strumenti per simularne in maniera convincente le proprietà: in pratica, data una certa combinazione di elementi chimici, non esisteva il modo di stabilire se quell’insieme avrebbe formato un superconduttore e con quali proprietà. Per questo motivo la ricerca progrediva molto lentamente, con una serie di tentativi più o meno “a caso”. Ma il progresso dei metodi teorici ha consentito di progettare interamente da zero nuovi materiali con caratteristiche più efficaci di quelle dei loro predecessori. Ma quali sono gli obiettivi finali? Ri­spon­de la fisica: «Sostituire gli attuali cavi di rame normalmente impiegati nel trasporto di energia avrebbe un’importante ricaduta sulla vita quotidiana. Il risparmio di energia e il suo migliore utilizzo sono temi di grande rilevanza, anche a tutela dell’ambiente. Inoltre i superconduttori sono in grado di sostenere campi magnetici molto più grandi di qualsiasi altro materiale. In campo medico, ad esempio, i superconduttori potrebbero rendere le risonanze magnetiche più accessibili sia in termini di costi che di realizzazione, ipotizzando anche piccole strutture portatili». E nell’immediato futuro quali sono le prospettive? «Una decina di anni fa, in Germania, il fisico bielorusso Mikhail Eremets ha dato un grande impulso utilizzando la pressione per sintetizzare ma­teriali nuovi a base di idrogeno. Questi, però, necessitano di altissime pressioni, per cui, dal punto di vista sperimentale, i tempi di applicazione sono piuttosto lunghi. Il comparto è comunque molto attivo a livello mondiale ed è probabile che nei prossimi anni ci siano grandi sviluppi». Nell’ambito dei trasporti, invece, si potrebbero immaginare applicazioni per treni a levitazione magnetica, già esistenti ma al momento impossibili da introdurre sul mercato per via dei costi (altissimi) legati alla loro gestione. E allora chiediamo alla professoressa Boeri perché sia comunque importante sostenere le ricerche in questo ambito. «La mia grande passione per la chimica e la fisica – chiarisce – è anche dovuta alla consapevolezza che si tratta di campi in cui si può ancora dare un contributo individuale». La Boeri ripartisce oggi la sua attività tra didattica e ricerca, a Roma, potendo peraltro contare su esperienze di studio e lavoro svolte in Austria e Germania. «La sede diventa relativa se si pensa ai moderni sistemi di comunicazione – osserva -. Al­l’estero in un certo senso la vita scientifica è più organizzata, ma dal punto di vista intellettuale la vita alla Sapienza è molto stimolante, sia per i colleghi che per gli studenti. D’altra parte non siamo poi in molti in questo settore e c’è pa­recchia collaborazione a livello internazionale, spesso a livello personale, senza che sia per forza strutturata». C’è pe­rò anche un altro aspetto: quello della fisica e della materia condensata è un ambito quasi del tutto maschile. «Sì – conferma Lilia Boeri -, anche se lentamente le cose stanno cambiando: oggi molte più donne si avvicinano a tale ambito e io, in ogni caso, non ho mai riscontrato discriminazioni».
Emerge quindi una variopinta comunità di studiosi che si confronta sulle possibili mescolanze di elementi chimici in determinate condizioni, con il sogno di poter arrivare a utilizzare un superconduttore a temperatura ambiente. E basta agli stereotipi del fisico in camice tra le ampolle: oggi, con i moderni super computer, che con precisione risolvono velocemente problematiche complesse, si possono simulare proprietà impensabili da misurare in laboratorio.
Tornando alla professoressa Boeri, indubbiamente di ricerche ne ha fatte tante quella studentessa che ai tempi del liceo classico vinceva i certamen, due dal greco al latino e uno dal latino alla lingua contemporanea, e si cimentava con traduzioni dall’inglese e dal francese che spaziavano dagli atti del Parlamento europeo alle istruzioni di videogiochi. E dalle sue passioni – il buon vino da offrire agli amici, la buona cucina fatta di plin, brasato e flan al Castel­magno – traspare, neanche troppo nascosta, una curiosa indole piemontese. «Del resto – rivela – le mie origini da parte materna sono a Roccaverano, legate al nome di Angelo Brofferio. È lì che ogni estate trascorro qualche settimana, concedendomi lunghe camminate per le colline delle Langhe, incontrate anche nelle pagine di Fenoglio e Pavese». Tra i tanti suoi interessi, infatti, ci sono pure la lettura e la storia. «In particolare la storia risorgimentale strettamente collegata alle vicende del Brofferio, politico e poeta, e poi quella della Resistenza». E parlando di viaggi filtra un rammarico: «Non sono mai stata alla Fiera del Tartufo». Un appuntamento che adesso non vuole proprio più rimandare: e, sicuramente, Alba la aspetta.

Ha studiato e lavorato in tutto il mondo. Oggi vive a Roma ma nel suo cuore c’è Roccaverano

Nata a Roma, Lilia Boeri consegue nel 2001 alla Sapienza di Roma la laurea magistrale in Fisica e nel 2005 il dottorato di ricerca, sempre in Fisica. Svol­ge ricerche presso l’istituto internazionale “Max Planck” di Stoc­carda, dove nel 2009 riceve un “grant” da un milione di euro della Max Planck Society per progettare nuovi superconduttori fino al 2013, e poi anche al Po­litecnico di Graz fino al 2017. Dal 2017 è professoressa associata in Fisica teorica della materia condensata alla Sa­pienza. Ha effettuato studi in Giappone, India e negli Stati Uniti. Ogni estate torna a Roccaverano, nella Langa astigiana, la terra da cui provengono i suoi avi materni.

Superconduttività: scoperta di inizio novecento che può riservare ancora grandi sorprese

I superconduttori sono materiali metallici, capaci, al di sotto di una temperatura critica, di condurre la corrente senza dissipare calore e di espellere il campo magnetico (levitazione quantistica).
Il fenomeno della superconduttività è noto dal 1911. Il primo materiale studiato è stato il mercurio che però funzionava a -269°, temperatura troppo costosa da raggiungere. Da allora la ricerca si è concentrata nell’ottenere un superconduttore efficace a temperatura ambiente. Attualmente vengono utilizzati per acceleratori di particelle e per la diagnostica medica, ambiti che ne giustificano l’alto costo.

Articolo a cura di Ada Corneri