La física que se anticipó a la cuántica hace cien años: descubrió el diamagnetismo perfecto en superconductores en 1925, ocho años antes que Meissner

Un día de otoño de 1925, Berta de Haas-Lorentz dejó escrito un artículo breve pero asombroso en una revista neerlandesa. Lo tituló “Iets over het mechanisme van inductieverschi⁠jnselen”, algo así como “Algo sobre el mecanismo de los fenómenos de inducción”. No imaginaba entonces que, con apenas unas páginas, se estaba adelantando en casi una década a uno de los descubrimientos más importantes sobre la superconductividad: el llamado efecto Meissner.

A Berta no la detuvo ni el machismo imperante, ni el idioma, ni la dificultad de los temas que abordaba. Hija del premio Nobel Hendrik Lorentz, trabajó como física teórica en una época en la que las mujeres en ciencia eran una rareza. Y no solo siguió su propio camino: se atrevió a cuestionar ideas establecidas, a realizar cálculos ambiciosos sobre electrones y corrientes circulares, y a predecir propiedades de los superconductores que solo décadas después se confirmaron. Este artículo rescata su trabajo olvidado y explica por qué el diamagnetismo perfecto no fue descubierto en 1933… sino en 1925, y por una mujer.

Una pionera en tiempos adversos

Geertruida Luberta de Haas-Lorentz nació en 1885 en Leiden, Países Bajos. Era la hija mayor del físico Hendrik Lorentz, célebre por su trabajo sobre electromagnetismo y relatividad. Desde pequeña, Berta fue educada en un ambiente científico riguroso pero también abierto al pensamiento libre. Su madre, Aletta Kaiser, fue activista por el derecho al voto femenino. Esta doble influencia marcaría su vida: una vocación científica firme y una conciencia clara de su papel como mujer en un mundo que no esperaba verla destacar.

Se doctoró en 1912 con una tesis sobre el movimiento browniano, aplicando por primera vez la teoría de Einstein al comportamiento de los electrones en circuitos eléctricos. Este trabajo teórico anticipó lo que décadas más tarde se conocería como el ruido Johnson–Nyquist. Berta propuso que incluso sin una fuente de señal, los circuitos experimentaban fluctuaciones debido al calor, y que esas corrientes térmicas tenían consecuencias medibles. Fue, literalmente, una precursora de la teoría del ruido eléctrico.

El artículo olvidado sobre la superconductividad

En 1925, Berta publicó en la revista Physica un artículo que, hasta hace poco, había pasado desapercibido. En él reflexiona sobre la interacción entre corrientes eléctricas y campos magnéticos en materiales superconductores, en un momento en el que la teoría cuántica apenas estaba naciendo. La superconductividad había sido descubierta en 1911 por Kamerlingh Onnes, pero aún era un misterio sin explicación.

Berta se preguntó por qué los superconductores no dejaban pasar líneas de campo magnético y propuso que esto se debía a las corrientes inducidas que circulan sin resistencia. En sus propias palabras: “Después de todo, nunca será posible llevar líneas de campo magnético a través de un superconductor sin que las corrientes de inducción generen un campo magnético opuesto aún mayor”.

Esa idea, hoy reconocida como diamagnetismo perfecto, solo sería confirmada ocho años después por Meissner y Ochsenfeld. Y sin embargo, Berta ya lo describía de forma clara y con argumentos físicos basados en la energía de las corrientes.

¿Qué significa diamagnetismo perfecto?

Para entender la relevancia del artículo de Berta, hay que detenerse un momento en el concepto de diamagnetismo perfecto. Se trata de una propiedad de los superconductores por la cual expulsan completamente cualquier campo magnético que intente atravesarlos. En lenguaje físico, esto implica que el flujo magnético Φ en su interior es igual a cero: Φ = 0.

Berta formuló este comportamiento basándose en un equilibrio entre dos tipos de energía asociados a las corrientes eléctricas:

• La energía TL, asociada al campo magnético externo.
• La energía TK, la energía cinética de los electrones.

Estudió distintos modelos, como un anillo con electrones girando o una esfera rotatoria con carga distribuida. Y concluyó que, en determinadas configuraciones, la energía magnética podía superar a la cinética, lo que implicaría la expulsión total del campo magnético, exactamente lo que luego se llamaría efecto Meissner.

Un lenguaje antiguo, una idea moderna

Cuando se lee el artículo original de Berta de Haas-Lorentz, llama la atención el desfase entre el lenguaje de su época y la profundidad de sus intuiciones. Sus herramientas eran las de la física clásica, pero su mirada se dirigía hacia fenómenos que hoy entendemos gracias a la mecánica cuántica. En su texto hablaba, por ejemplo, de “corrientes moleculares circulares”, una expresión que no se refiere a moléculas químicas, sino a corrientes microscópicas ligadas al magnetismo, precursoras del concepto moderno de corrientes ligadas en física del estado sólido. También empleaba el término “líneas de fuerza”, hoy reemplazado por “líneas de campo magnético”, pero el significado físico era ya plenamente operativo.

Lo más interesante es que, sin acceso a la teoría cuántica de campos ni al formalismo de las funciones de onda, Berta construyó un modelo semiclásico para analizar la distribución energética en un superconductor. Calculó y comparó la energía cinética de los electrones (TK) con la energía del campo magnético asociado a la corriente (TL), y estudió bajo qué condiciones una u otra dominaba. Aunque no podía incluir el concepto de energía de condensado (que solo llegaría con la teoría de Ginzburg-Landau en 1950), su enfoque anticipaba ese tipo de análisis energético.

Un ejemplo revelador es su estudio sobre una esfera cargada en rotación. Determinó que la razón TL/TK era proporcional al número de electrones multiplicado por la razón entre el radio del electrón y el radio de la esfera (TL/TK ≈ N·R/a). Esta fórmula, aunque basada en suposiciones idealizadas, le permitió explorar cómo el tamaño del sistema influye en la capacidad del campo magnético para penetrar en el material. De forma notable, este razonamiento coincide con la lógica detrás de la profundidad de penetración de London, un concepto formalizado diez años después.

 Ahora queremos investigar si podemos alcanzar este límite con un modelo que esté más cerca de la realidad.

Berta de Haas-Lorentz, 1925

A pesar de que su modelo no incluye términos cuánticos clave —como la fase global del condensado o la longitud de coherencia—, su comparación entre energías magnética y cinética marcaba una dirección correcta. En el contexto actual, sabemos que la relación entre estas energías determina si el campo magnético será completamente expulsado (caso del diamagnetismo perfecto) o penetrará parcialmente, algo que también Berta sugirió como posibilidad experimental al final de su artículo. Su lenguaje era el del siglo XIX, pero sus preguntas eran claramente del XX.

Un legado redescubierto cien años después

¿Por qué se ignoró durante tanto tiempo esta publicación? En parte, porque se escribió en neerlandés. En parte, porque Berta era mujer. Y en parte, porque el lenguaje teórico de la física cuántica no estaba aún lo bastante desarrollado como para apreciar el alcance de su propuesta. Pero ahora, gracias al trabajo de Giulia Venditti, Carlo Beenakker y Louk Rademaker, su texto ha sido traducido, contextualizado y analizado. Y lo que revela es sorprendente: “Fue posiblemente el primer intento teórico de una explicación microscópica de la superconductividad, y el primero en abordar el diamagnetismo perfecto”, escriben los autores del estudio.

En el texto también se menciona que ella cayó sin saberlo en el escenario del efecto Meissner, cuando reescribió una ecuación de derivada temporal en su forma estática. Es decir, describió un fenómeno dinámico como si fuese instantáneo, lo que hoy sabemos es lo que realmente sucede en un superconductor.

Vislumbrando lo que aún no existía

Quizá el mayor logro de Berta fue su intuición. En la última frase de su artículo, habla de un escenario intermedio, donde las energías TL y TK sean comparables. Este estado, según sabemos hoy, corresponde al llamado “estado mixto” de los superconductores tipo II, descubierto en 1935. Ella lo sugirió diez años antes.

Sus ideas, si bien no del todo correctas desde el punto de vista actual, marcan una transición entre la física clásica y la física cuántica, una zona gris en la que se atrevían a trabajar solo quienes no temían equivocarse. Berta fue una de ellas. Y su obra, hoy recuperada, merece un lugar destacado en la historia de la física.

Cortesía de Muy Interesante

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