Superconductoarele transportă electricitate fără rezistență, o performanță pe care majoritatea o obțin doar la câteva grade deasupra zero absolut - adică la temperaturi la care „aplicația practică” rămâne un vis îndepărtat. La sfârșitul anilor 1980, s-a descoperit că materialele pe bază de cupru numite cuprate devin superconductoare la temperaturi mai ridicate, accesibile cu azot lichid ieftin. Aproape 40 de ani mai târziu, fizicienii încă nu cad de acord de ce. Iată ce se întâmplă când descoperi că ceva funcționează înainte de a înțelege de ce - o situație familiară oricui a reparat vreodată un calculator repornindu-l.

Într-un studiu recent din Science, o echipă condusă de Milan Allan de la Universitatea Ludwig Maximilian din München și Ingmar Swart de la Universitatea Utrecht din Țările de Jos a găsit unele răspunsuri ascultând pârâitul electric slab al curentului care curge într-un cuprat. Da, au ascultat literalmente zgomotul. Nu e chiar „oprește și repornește”, dar e aproape.

În centrul misterului se află o stare stranie numită pseudogap. „Pseudogapul este un fenomen al electronilor lipsă”, a spus Allan. Peste temperatura la care cupratele devin superconductoare, unii dintre electronii lor par să dispară - măsurătorile găsesc mult mai puțini la energiile la care ar trebui să fie. „Toată lumea știe că, din diferite sonde, vezi că există acești electroni care dispar, dar nimeni nu știe de ce”, a spus Allan. Acesta este echivalentul fizic al pierderii cheilor și găsirii lor în ultimul loc în care te uiți, doar că cheile sunt particule fundamentale, iar ultimul loc este o stare cuantică.

De-a lungul decadelor, fizicienii au propus două explicații principale concurente. Prima ipotezează că electronii rămân blocați într-un fel de structură - înghețând în modele precum undele de densitate de sarcină - iar superconductivitatea se dezvoltă separat. Alternativa leagă strâns fenomenul de superconductivitate. „Alți oameni cred că lipsesc pentru că formează perechi”, a spus Allan. Perechile de electroni, numite perechi Cooper, sunt cele care transportă curentul într-un superconductor. Dacă aceste perechi apar înainte ca materialul să devină superconductor, ele ar fi o precondiție a superconductivității - un fel de sală de așteptare, unde perechile există dar încă nu pot merge împreună în pas. Imaginează-ți o pistă de dans unde toată lumea are un partener, dar nimeni nu se poate pune de acord asupra coregrafiei.

Rezolvarea acestei probleme s-a dovedit extrem de dificilă. „Multe semnături experimentale diferite sunt oarecum amestecate în asta”, a spus Allan. Diferite instrumente văd ceva, dar citirile lor, a spus Allan, nu sunt niciodată concludente. „Este întotdeauna ceva oarecum incoerent, greu de prins”, a spus el. Ce le trebuia cercetătorilor era o modalitate de a vedea perechile direct, iar Allan și colegii săi au descoperit-o.

Echipa a decis să asculte zgomotul de împușcătură - mici fluctuații cauzate de sosirea sarcinilor individuale care formează fluxul unui curent electric. Allan spune că seamănă cu ploaia care bate pe acoperiș. „Dacă îți imaginezi că ai picături de ploaie și dintr-odată faci picăturile de două ori mai grele, va fi mai mult zgomot”, a spus Allan. „Cu electronii e similar. Dacă ai doi electroni care vin întotdeauna împreună, pentru că sunt asociați în perechi, atunci va fi mai mult zgomot.” Așa că data viitoare când cineva se plânge de electronice zgomotoase, spune-i că s-ar putea să fie doar electroni care se asociază în perechi.

Cercetătorii au făcut această măsurătoare cu un microscop cu scanare prin tunel, care a trecut curentul între un vârf ascuțit ca un ac și o probă de cuprat, permițându-le să asculte zgomotul la niveluri energetice specifice și în diferite locații de pe suprafață. În superconductoarele convenționale, asocierea în perechi produce o dublare curată a zgomotului. În cuprate, semnalul este mult mai slab, pentru că electronii singuri continuă să curgă alături de perechi. Este ca și cum ai încerca să auzi un duet într-o cameră plină unde majoritatea oamenilor cântă solo.

Realizarea unui instrument suficient de sensibil pentru a distinge perechile a durat ani. „Ce a fost nevoie sunt studenți foarte talentați și perseverenți care au lucrat pentru, nu știu,