Um olhar mais atento sobre a levitação magnética quântica

Fiquei hipnotizado na primeira vez que vi o experimento de levitação quântica -também conhecido como bloqueio quântico-, no qual um disco contendo um supercondutor paira sobre alguns ímãs. O supercondutor pode até deslizar livremente sobre uma trilha de ímãs, mesmo de cabeça para baixo. Uma receita simples para essa "mágica" cientificamente fundamentada seria um respingo de nitrogênio líquido para resfriar um supercondutor de cerâmica em uma bacia de isopor e um ímã que produz um campo magnético forte e permanente feito de elementos de terras raras.

A levitação funciona graças à supercondutividade, que pode ser compreendida através dos princípios básicos da condutividade. Certos elementos e materiais, apropriadamente chamados de condutores, servem como um conduíte elétrico, o que significa que os elétrons podem passar por eles com relativa facilidade.

Esses elétrons ainda esbarram nos átomos que compõem o condutor e perdem um pouco de energia a cada colisão. Mas, quando resfriados a uma temperatura suficientemente baixa, os elétrons podem fluir livremente através do condutor sem colisões. Isso ocorre porque os elétrons se emparelham em temperaturas extremamente baixas -enquanto o calor quebraria a ligação provisória entre eles-. Embora seus laços sejam fracos, há força nos números.

A temperatura crítica de um supercondutor -quão frio ele precisa estar para que esses emparelhamentos sejam possíveis- depende de seu material. Supercondutores metálicos, como alumínio puro ou nióbio, por exemplo, têm temperaturas críticas extremamente baixas, normalmente apenas alguns graus acima do zero absoluto.

Usar um deles para um experimento doméstico não é uma opção, no entanto, a menos que você tenha muito hélio líquido por aí. Felizmente, há uma alternativa: supercondutores de alta temperatura, que são cerâmicas feitas de vários elementos que permitem que os elétrons fluam livremente sob temperaturas ligeiramente mais altas do que a maioria das críticas.

-196 graus C) não parece um dia nos trópicos, mas no mundo dos supercondutores é absolutamente quentinho. É também a temperatura na qual o nitrogênio líquido -muito mais acessível que o hélio líquido- ferve. Para a maioria dos supercondutores cerâmicos de alta temperatura, como os feitos de óxido de ítrio, bário e cobre ou óxido de bismuto, estrôncio, cálcio e cobre, o nitrogênio líquido pode ser usado para resfriá-los abaixo de suas temperaturas críticas.

Agora temos duas peças do quebra-cabeça: um supercondutor de alta temperatura e nitrogênio líquido suficiente para mantê-lo resfriado. Mas como podemos flutuar um ímã acima do supercondutor resfriado? Ou vice-versa: no vídeo abaixo postado no Youtube pelo canal Magnet Games, vemos um supercondutor resfriado flutuar sobre um leito de ímãs de terras raras (neodímio).

A levitação magnética quântica se resume a algo chamado efeito Meissner, que ocorre apenas quando um material está frio o suficiente para se comportar como um supercondutor. Em temperaturas normais, os campos magnéticos podem passar pelo material normalmente.

Uma vez que está frio o suficiente para exibir supercondutividade, no entanto, esses campos magnéticos são expelidos. Quaisquer campos magnéticos que estiverem passando devem se mover ao seu redor. Quando um ímã é colocado acima de um supercondutor em temperatura crítica, o supercondutor afasta seu campo agindo como um ímã com o mesmo polo, fazendo com que o ímã seja repelido, ou seja, "flutue". Não é necessário nenhum truque mágico.