El físico que descifró la electricidad sin resistencia

La superconductividad es uno de los fenómenos más fascinantes y prometedores de la física moderna. Supongamos una corriente eléctrica que fluye eternamente, sin perder ni una sola pizca de energía en forma de calor. Hoy en día, este principio promete revolucionar desde los trenes de levitación magnética hasta la computación cuántica. Sin embargo, durante casi medio siglo tras su descubrimiento en 1911, nadie lograba entender por qué ocurría.

La respuesta llegó en 1957 de la mano de un joven físico neoyorquino cuya mente brillante cambió la física de la materia condensada para siempre: Leon Neil Cooper. Ganador del Premio Nobel de Física en 1972, la vida y obra de Cooper son un testimonio de cómo la audacia juvenil y el pensamiento disruptivo pueden resolver los enigmas más complejos del universo.

De las aulas de Nueva York a la vanguardia de la física

Leon Neil Cooper nació el 28 de febrero de 1930 en el seno de una familia judía en Nueva York. Desde muy joven demostró una agudeza intelectual sobresaliente, lo que lo llevó a graduarse en la prestigiosa Bronx High School of Science en 1947, una institución famosa por ser un semillero de mentes brillantes y futuros premios Nobel.

Cooper continuó su formación académica en la Universidad de Columbia, donde obtuvo su licenciatura, maestría y, finalmente, su doctorado en física teórica en 1954. Tras un breve periodo de investigación en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, su destino se cruzó con el de John Bardeen en la Universidad de Illinois en 1955. Ese encuentro cambiaría la historia de la ciencia.

(Foto: Kenneth C. Zirkel/Wikimedia Commons)

El nacimiento de los «Pares de Cooper»

Cuando Cooper se unió al equipo de John Bardeen (quien ya era famoso por haber co-inventado el transistor), el gran desafío de la física de la época era explicar la superconductividad a bajas temperaturas.

Hasta ese momento, se sabía que los electrones se repelen entre sí debido a que comparten la misma carga negativa. Sin embargo, Cooper propuso una idea revolucionaria y contraintuitiva: en condiciones de frío extremo (cerca del cero absoluto), dos electrones pueden llegar a atraerse y emparejarse.

¿Cómo es esto posible? Cooper demostró matemáticamente que un electrón que se desplaza a través de la red cristalina de un metal deforma la estructura atómica a su paso, atrayendo temporalmente a los iones positivos del material. Esta acumulación de carga positiva atrae de inmediato a un segundo electrón.

El «Efecto Cooper» explicado de forma sencilla

Imaginemos a dos personas caminando sobre un colchón elástico. La primera persona crea una depresión al pisar; si la segunda persona pasa cerca, tenderá a caer hacia esa misma deformación. Aunque los electrones se repelen en el vacío, la estructura del material actúa como ese colchón, permitiéndoles formar un vínculo inseparable.

Estas uniones, bautizadas para la posteridad como Pares de Cooper, permiten que los electrones se muevan en perfecta sincronía a través del material, esquivando las impurezas y los átomos que normalmente causarían resistencia eléctrica. La electricidad, de pronto, fluye sin obstáculos.

La Teoría BCS y el Premio Nobel

El descubrimiento del físico neoyorquino fue la pieza que faltaba en el rompecabezas. Junto a John Bardeen y el estudiante de doctorado Robert Schrieffer, integraron este concepto en una teoría matemática completa publicada en 1957: la Teoría BCS (por las iniciales de Bardeen, Cooper y Schrieffer).

La Teoría BCS no solo explicó con precisión absoluta la superconductividad, sino que abrió una ventana completamente nueva en la física teórica. El reconocimiento global no tardó en llegar, y en 1972, los tres científicos fueron galardonados con el Premio Nobel de Física. Para Bardeen, era su segundo Nobel; para Cooper, con apenas 42 años, era la consagración de su carrera.

Más allá de la física: Redes neuronales y neurociencia

Una de las facetas más desconocidas y fascinantes de Leon Cooper es que no se estancó en el éxito de su Premio Nobel. Movido por una curiosidad insaciable, a principios de la década de 1970 trasladó su enfoque hacia la biología y la neurociencia.

Se incorporó a la Universidad de Brown, donde fundó el Instituto de Ciencias Cerebrales y Neurales. Cooper quería entender cómo aprende el cerebro humano y cómo se almacena la memoria. Aplicando sus profundos conocimientos matemáticos, co-desarrolló la teoría BCM (junto a Elie Bienenstock y Paul Munro), un modelo que explica la plasticidad sináptica y cómo las neuronas ajustan sus conexiones en respuesta a los estímulos. Sus aportes tempranos fueron fundamentales para el desarrollo posterior de las redes neuronales artificiales que hoy dan vida a la inteligencia artificial.

Leon Cooper falleció el 23 de octubre de 2024. Fue un científico que personificó la elegancia teórica, combinando un rigor matemático implacable con una visión profundamente creativa.