Nel 1908, il fisico olandese Kamerlingh Onnes realizzò un dispositivo per liquefare l’elio che, normalmente, a temperatura ambiente e pressione atmosferica, è allo stato gassoso. Dovendo raggiungere il punto di ebollizione dell’elio, che a pressione atmosferica si trova a 268,93 gradi centigradi sotto lo zero (4,22 gradi kelvin nella scala assoluta delle temperature), Onnes dovette riprodurre temperature tanto vicine allo zero assoluto da permettergli di effettuare anche esperimenti sulla resistenza elettrica dei metalli in queste condizioni estreme. Con grandissima sorpresa, nel 1911 scoprì che al di sotto di 4,15 gradi kelvin la resistenza elettrica del mercurio tendeva bruscamente ad annullarsi (nei limiti della sensibilità degli apparati di misura). Come resero evidente esperimenti successivi, altri elementi mostravano la proprietà di perdere la resistenza elettrica scendendo sotto un valore di temperatura T_c, detta critica. Il valore critico della temperatura non era lo stesso per tutti gli elementi chimici che presentavano questa proprietà, ma variava tra pochi centesimi di grado kelvin fino a un massimo di 9,2 gradi kelvin (nel caso del niobio). Questi materiali furono chiamati superconduttori.
Tuttavia, i superconduttori non sono semplicemente dei conduttori perfetti e la resistenza elettrica non è l’unico parametro a caratterizzarne il comportamento: l’applicazione di un campo magnetico sufficientemente elevato o di una corrente elettrica sufficientemente intensa, infatti, distruggono le proprietà superconduttive. Queste risultano così essere confinate non solo al di sotto di una temperatura critica, ma anche al di sotto di un valore di campo magnetico critico H_c e di una densità di corrente critica J_c.

Una caratteristica fondamentale dei superconduttori è legata al fatto che essi espellono completamente il flusso magnetico. Questo meccanismo fisico avviene attraverso la generazione di supercorrenti che scorrono sulla loro superficie e che sono in grado di schermare completamente il campo magnetico esterno; all’interno del materiale, quindi, il campo magnetico è uniformemente uguale a zero. Questa non è però l’unica tipologia di superconduttori esistenti. Un progresso notevole nella comprensione dei superconduttori avvenne in seguito alla scoperta dell’esistenza di una seconda categoria di superconduttori, detta del II tipo. Nei superconduttori di questa famiglia le correnti elettriche possono scorrere anche all’interno del materiale, che presenta così due campi magnetici critici: al di sotto del primo valore, più basso, il materiale espelle completamente il flusso magnetico; per valori di campo magnetico compresi tra il primo e il secondo campo critico, il flusso magnetico entra progressivamente con una struttura a vortici fino a distruggere le proprietà superconduttive.
Materiali con campi critici elevati sono per lo più leghe (come il NbTi, niobio titanio) o composti intermetallici (Nb₃Sn, niobio-3-stagno). Questi materiali, se opportunamente trattati, possono condurre correnti elevatissime, fino a diverse migliaia di ampère per millimetro quadrato, e sono quelli utilizzati nelle applicazioni tecnologiche che richiedono la conduzione di elevate correnti senza dispersione di energia.
È interessante notare che il fenomeno della superconduttività è rimasto per molto tempo non compreso nei suoi meccanismi fondamentali. Seppure fossero già state sviluppate molte teorie fenomenologiche, solo nel 1957 venne formulata una teoria microscopica per descrivere la superconduttività, la teoria BCS, dai fisici che la elaborarono, Bardeen, Cooper e Schrieffer e che per questo ottennero il Nobel (vd. La particella che dà la massa).

La bassa temperatura critica dei materiali superconduttori è stata un limite allo sviluppo delle applicazioni tecnologiche, e lo è tuttora, in quanto richiede che i dispositivi siano raffreddati attraverso il contatto con fluidi criogenici, come l’elio liquido, complessi da gestire e ad alti costi. Dal 1986, la tecnologia dispone di una nuova generazione di superconduttori, gli ossidi ceramici, caratterizzati da temperature critiche e campi magnetici critici molto più elevati e quindi più semplici da gestire. Tuttavia, questi nuovi superconduttori, detti ad alta T_c, hanno strutture complesse e il meccanismo della loro superconduttività non è lo stesso dei superconduttori tradizionali. Inoltre, sono materiali fragili: i cavi, quindi, sono di difficile realizzazione. Al momento i risultati migliori in termini di trasporto di corrente si ottengono su nastri di YBCO (ittrio bario ossido di rame, con T_c = 92 kelvin, pari a -181 °C), che però necessitano di ulteriori sviluppi prima di poter essere applicati su larga scala.
L’applicazione della superconduttività ha avuto un grande successo in medicina, con la risonanza magnetica medicale (MRI, acronimo inglese per Risonanza Magnetica per Immagini) e nel campo della ricerca, con le applicazioni agli acceleratori o alle tecnologie per la fusione nucleare. Si è stimato che nel 2007 è stato investito in strumentazione per la risonanza magnetica circa l’80% del mercato globale della superconduttività, che ammonta a circa 4 miliardi di euro, mentre il 16% è stato destinato alle applicazioni nella ricerca scientifica. L’industria italiana dei cavi, dei magneti e della criogenia è da anni in prima fila in questo scenario di tecnologia avanzata, grazie a una forte sinergia tra industria, centri di ricerca e università. Un importante e recente risultato è il magnete dell’esperimento Cms del Large Hadron Collider del Cern, il cui cuore è un solenoide superconduttore di grandi dimensioni. Suddiviso in 5 moduli, il solenoide è stato costruito presso l’ASG Superconductors di Genova (già Ansaldo Superconduttori) dopo un lungo processo di sviluppo in ambito progettuale, presso la sezione di Genova dell’Infn, e in ambito dei processi industriali, in ASG: solo il continuo interscambio tra queste due realtà ha permesso la realizzazione del cuore di Cms, ora attivo nella sala 5 di Lhc, che ospita l’esperimento (vd. “I giganti a caccia”).

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