Levitando

El caso que nos va a ocupar es singular, por cuanto el autor, André Geim, que fue el primero en lograr ser galardonado con el Nobel de Física en el año 2010 por su trabajo sobre el grafeno, ya había obtenido el Ig Nobel en 2000 haciendo levitar ranas. El doblete es curioso. Geim consiguió hacer levitar a una rana con un campo magnético. Evidenciaba así que el electromagnetismo afecta a toda la materia del Universo. El campo magnético que generan algunos materiales implica una interacción con otros materiales, atrayéndolos o repeliéndolos, según su carácter paramagnético (hierro) o diamagnético, respectivamente. La repulsión de los diamagnéticos proviene de que el campo magnético del material magnético envuelve al diamagnético y, al generarse una fuerza capaz de compensar la gravedad, lo suspende en el aire. Los superconductores son materiales idealmente diamagnéticos. Para desplazar un material diamagnético sobre uno magnético, o viceversa, solamente hay que vencer el rozamiento del aire, al compensar la gravedad. El transporte de levitación magnética o Maglev utiliza imanes para la sustentación. Rapidez, silencio y suavidad son los rasgos de este tipo de trenes. Se estima una potencial velocidad que supera los 6.000 kilómetros por hora en un túnel en vacío. Actualmente, en Japón, han superado los 600 kilómetros por hora en trayectos reales.

Pero toda la materia es susceptible de verse afectada por el magnetismo. Geim lo demostró con un organismo vivo. Para ello eligió una rana y la sometió a un campo magnético, con intensidad capaz de compensar el efecto de la gravedad en un cuerpo diminuto como este. Logró que la rana levitara. El cuerpo de la rana, diamagnético, fue capaz de reaccionar contra la acción del campo magnético, del mismo modo que cualquier otra sustancia diamagnética en circunstancias parecidas.

Los materiales diamagnéticos tienen una susceptibilidad negativa, es decir, el campo magnético se ve disminuido por efecto de la magnetización inducida. El resultado es la generación de una fuerza que se opone a un campo magnético externo. La explicación es cuántica, aunque clásicamente se puede formular una aproximación. Para ello hay que interpretar que un electrón es como una espira de corriente que lleva asociado un momento magnético dipolar. En situación normal, sin campo magnético aplicado, las contribuciones de los espines en un sentido se compensan con las del contrario y la magnetización resultará ser nula. Pero si aplicamos un campo magnético, la variación del flujo magnético que afecta a una espira induce una corriente que, de acuerdo con la ley de Lenz, se opone a la variación del flujo magnético que la generó. Como ha variado la corriente inducida, se produce un campo magnético que actúa en sentido opuesto al original. Todos los electrones contribuyen a este efecto.

Este efecto es general, por tanto universal. Todos los materiales lo disfrutan. Los materiales diamagnéticos reducen el campo magnético en el interior del mismo. Esto hace que estos materiales sean repelidos por los imanes. La susceptibilidad magnética del hierro es de 720 Km-1 x 10-5, positivo y el más elevado, fuertemente ferromagnético; el bismuto tiene un valor de 26.6 Km-1 x 10-5; el grafito -1.6 Km-1 x 10-5; el agua -0.91 Km-1 x 10-5; y el mercurio un relevante -2.9 Km-1 x 10-5, diamagnéticos. Recordemos el descubrimiento de mercurio líquido bajo una pirámide pre-azteca en Teotihuacan. Pudo cooperar en su construcción. No parece casual.