Coppia di Cooper

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Una coppia di Cooper, dal nome del fisico Leon Cooper, è uno stato legato fra due elettroni (ovvero anche fra due lacune) che si può realizzare grazie all'intervento di una qualche interazione attrattiva fra le due particelle la quale riesca a vincere l'interazione elettrostatica repulsiva che normalmente agirebbe fra i due elettroni o le due lacune per il fatto di avere una carica elettrica dello stesso segno. Le due particelle legate si comportano non più come fermioni ma piuttosto come un bosone. Coppie di Cooper sono alla base della spiegazione del fenomeno della superconduttività. Nella superconduttività convenzionale, o superconduttività BCS l'interazione attrattiva fra i due elettroni è data dall'intervento di un fonone scambiato da i due elettroni (lacune). Le coppie di Cooper formano la base della teoria BCS della superconduttività sviluppata da John Bardeen, John Schrieffer e Leon Cooper che per questa ragione vinserò il premio Nobel per la fisica nel 1972.

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La teoria delle coppie di Cooper, risalente agli anni Trenta-Quaranta del XX secolo, mira a spiegare il fenomeno della superconduttività. Prende il nome dal fisico che per primo ne teorizzò l'esistenza.

L'idea di base è la seguente: un elettrone che si muove in un reticolo cristallino esercita una forza di natura elettromagnetica sugli ioni positivi che costituiscono il reticolo stesso. In certe sostanze ed in certe condizioni di temperatura prossime allo zero assoluto, tale forza diviene sufficiente a produrre una distorsione del reticolo attorno all'elettrone in transito, comportando un aumento della densità delle cariche positive intorno all'elettrone stesso. Tale distribuzione di cariche positive, non essendo disturbata dall'agitazione termica, è sufficientemente stabile da attirare un altro elettrone. La coppia così formata, detta appunto Coppia di Cooper, risulta stabile, e più libera di viaggiare nel reticolo in quanto meno soggetta a fenomeni di scattering, ossia di diffusione.

Una coppia di elettroni di Cooper si comporta come un'unica particella con spin intero, 0 o 1 a seconda dell'orientazione di spin dei singoli costituenti. Pertanto le sue proprietà rientrano non più nel campo delle statistiche dei fermioni, ma di quelle dei bosoni (Statistica di Bose-Einstein).