Elektrik kablolarından geçen akım, yolculuğu sırasında enerjisinin bir kısmını kaybeder. Bunun nedeni, metallerin elektrik akımına karşı gösterdiği dirençtir. Elektronlar metalin içinde ilerlerken atomlarla çarpışır ve enerjilerinin bir kısmını ısı olarak bırakır. Elektrikli ısıtıcıların ve eski tip ampullerin çalışma ilkesi bu dirence dayanır. Ancak elektrik iletim hatlarında bu direnç, üretilen enerjinin önemli bir kısmının boşa harcanmasına yol açar. Peki elektriği hiç kayıpsız taşıyan bir malzeme mümkün olabilir mi?

Bu sorunun beklenmedik yanıtı, 1911 yılında Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes'in laboratuvarından geldi. Kamerlingh Onnes, helyumu sıvılaştırmayı başaran ilk bilim insanıydı ve bu sayede mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıklara ulaşabiliyordu. Metallerin elektrik direncinin aşırı düşük sıcaklıklarda nasıl değiştiğini merak ediyordu. Bazı bilim insanları direncin sıcaklık düştükçe giderek azalacağını, bazıları ise elektronların donarak hareket edemeyeceğini ve direncin sonsuz büyüyeceğini düşünüyordu.

Kamerlingh Onnes ve ekibi, cıvayı sıvı helyumla soğuttuklarında şaşırtıcı bir sonuçla karşılaştı. Sıcaklık mutlak sıfırın yaklaşık dört derece üzerine düştüğünde cıvanın direnci yavaş yavaş azalmak yerine birdenbire tamamen ortadan kalktı. Araştırmacılar başlangıçta ölçüm düzeneğinde bir kısa devre olduğunu düşündü. Ancak tekrarlanan deneyler, sonucun gerçek olduğunu gösterdi. Cıva, belirli bir sıcaklığın altında elektriği hiçbir direnç göstermeden iletiyordu. Bu olguya süperiletkenlik adı verildi.

Süperiletkenliğin en etkileyici gösterilerinden biri, süperiletken bir halkada dolaşan akımdır. Böyle bir halkada bir kez başlatılan elektrik akımı, hiçbir enerji kaynağına ihtiyaç duymadan yıllarca dolaşmayı sürdürebilir. Bazı deneylerde süperiletken halkalardaki akımın uzun süreler boyunca ölçülebilir hiçbir azalma göstermediği gözlenmiştir. Direncin gerçekten sıfır olduğu, ya da en azından ölçülebilecek her değerden küçük olduğu böylece kanıtlanmıştır.

1933 yılında Alman fizikçiler, süperiletkenlerin bir başka şaşırtıcı özelliğini keşfetti. Bir malzeme süperiletken hâle geldiğinde, içindeki manyetik alanı dışarı iter. Bu olay, keşfeden bilim insanlarından birinin adıyla anılır. Bu özellik nedeniyle süperiletken bir malzemenin üzerine yerleştirilen küçük bir mıknatıs, havada asılı kalabilir. Süperiletkenlerin üzerinde süzülen mıknatıslar, bugün de fizik gösterilerinin en çok ilgi çeken deneylerindendir. Bu özellik, süperiletkenliğin yalnızca mükemmel bir iletkenlikten ibaret olmadığını, maddenin tamamen farklı bir hâli olduğunu gösterir.

Süperiletkenliğin nasıl ortaya çıktığı, keşfinden yaklaşık yarım yüzyıl sonra açıklanabildi. 1957 yılında üç Amerikalı fizikçi, adlarının baş harfleriyle anılan bir kuram geliştirdi. Bu kurama göre çok düşük sıcaklıklarda elektronlar, metalin atom örgüsüyle etkileşimleri aracılığıyla çiftler oluşturur. Bu elektron çiftleri, tek tek elektronlardan farklı biçimde davranır ve topluca, hiçbir engele takılmadan hareket edebilir. Bu kuram, onu geliştiren bilim insanlarına Nobel ödülü kazandırdı.

Süperiletkenliğin pratik kullanımının önündeki en büyük engel, son derece düşük sıcaklıklar gerektirmesiydi. Sıvı helyum pahalıdır ve elde edilmesi zordur. Bu nedenle bilim insanları, daha yüksek sıcaklıklarda süperiletken olan malzemeler aramaya başladı. 1986 yılında İsviçre'de çalışan iki araştırmacı, bazı seramik malzemelerin o güne kadar bilinenden çok daha yüksek sıcaklıklarda süperiletken olduğunu keşfetti. Bu keşif, kısa sürede yüksek sıcaklık süperiletkenleri adı verilen yeni bir malzeme ailesinin bulunmasına yol açtı.

Bu yeni malzemelerin bazıları, sıvı azotun kaynama noktasının üzerindeki sıcaklıklarda süperiletken hâle geliyordu. Sıvı azot, sıvı helyuma göre çok daha ucuz ve kolay elde edilir. Bu gelişme, süperiletkenliğin pratik uygulamaları için büyük bir umut yarattı. Ancak yüksek sıcaklık kavramının göreceli olduğunu belirtmek gerekir. Bu malzemeler bile hâlâ sıfırın çok altındaki sıcaklıklarda süperiletken olur. Ayrıca bu seramik malzemelerde süperiletkenliğin nasıl ortaya çıktığı, bugün hâlâ tam olarak açıklanamamıştır.

Bugün süperiletkenler, pek çok önemli teknolojide kullanılmaktadır. Hastanelerdeki manyetik rezonans cihazlarının güçlü mıknatısları, süperiletken bobinlerden yapılır. Parçacık hızlandırıcılarında, parçacıkları yönlendiren dev mıknatıslar da süperiletkenlerden oluşur. Bazı ülkelerde, süperiletken mıknatıslar sayesinde raylara değmeden havada süzülerek ilerleyen yüksek hızlı trenler geliştirilmiştir. Ayrıca son derece hassas manyetik alan ölçümleri yapan cihazlarda da süperiletkenlerden yararlanılır.

Fizikçilerin en büyük hayallerinden biri, oda sıcaklığında süperiletken olan bir malzeme bulmaktır. Böyle bir malzeme, elektrik iletiminde kayıpları ortadan kaldırabilir ve enerji teknolojilerinde devrim yaratabilir. Son yıllarda bazı araştırma grupları oda sıcaklığına yakın sıcaklıklarda süperiletkenlik gözlemlediklerini öne sürmüş, ancak bu iddiaların bir kısmı daha sonra doğrulanamamış ya da geri çekilmiştir. Bu olaylar, olağanüstü iddiaların olağanüstü kanıtlar gerektirdiğini ve bilimsel bulguların bağımsız araştırmacılar tarafından tekrarlanmasının önemini hatırlatır.

Süperiletkenlik, kuantum fiziğinin etkilerinin gündelik ölçekte gözlemlenebildiği ender olaylardan biridir. Bir asırdan fazla süredir bilim insanlarını şaşırtmaya devam eden bu olgu, maddenin hâlâ keşfedilmeyi bekleyen sürprizler barındırdığını gösterir.