超导现象
定义物质在低温下电阻突然消失的现象称为超导现象。
基本性质1911年荷兰科学家翁纳斯（H.Kamerlingh Onnes，1853-1926）在测量低温下水银电阻率的时候发现，当温度降到零下269度附近，水银的电阻竟然消失了！电阻的消失叫做零电阻性。所谓“电阻消失”，只是说电阻小于仪表的最小可测电阻。也许有人会产生疑问：如果仪表的灵敏度进一步提高，会不会测出电阻呢？用“持久电流”实验可以解决这个问题。零。如果回路没有电阻，自然就没有电能的损耗。一旦在回路中激励起电流，不需要任何电源向回路补充能量，电流可以持续地存在下去。有人曾在超导材料做成的环中把电流维持两年半之久而豪无衰减。由此可以电阻率的上限为10－23欧姆厘米，还不到最纯的铜的剩余电阻率的百万亿分之一。零电阻效应是超导态的两个基本性质之一。
超导态的另一个基本性质是抗磁性，又称迈斯纳(Meissner) 效应。即在磁场中一个超导体只要处于超导态，则它内部产生的磁化强度与外磁场完全抵消，从而内部的磁感应强度为零。也就是说，磁力线完全被排斥在超导体外面。
超导磁悬浮利用超导体的抗磁性可以实现磁悬浮。把一块磁铁放在超导盘上，由于超导盘把磁感应线排斥出去，超导盘跟磁铁之间有排斥力，结果磁铁悬浮在超导盘的上方。这种超导悬浮在工程技术中是可以大大利用的， 超导悬浮列车就是一例。让列车悬浮起来，与轨道脱离接触，这样列车在运行时的阻力降低很多，沿轨道“飞行”的速度可达500公里/小时。高温超导体发现以后，超导态可以在液氮温区(零下169度以上)出现，超导悬浮的装置更为简单，成本也大为降低。我国的西南交通大学于1994年成功地研制了高温超导悬浮实验车。
《物理学评论》于1957年刊登了一篇理论文章，第一次解释了在低温下一些材料电阻完全消失的现象。在实验线索和早期理论尝试的基础上，来自伊利诺斯大学（University of Illinois in Urbana）的John Bardeen，Leon Cooper和Robert Schrieffer不仅解释了电阻消失的现象，同时还解释了超导体的许多磁学和热学性质。即所谓的BCS理论，他们的发现还对粒子物理理论有重要的影响，并且为解释高温超导现象的尝试提供了依据。
超导现象的应用与其理论解释超导体会排斥磁场，这使得小的永久磁铁（Permanent Magnet）能够漂浮在大块的高温超导体上。在1957年，也就是在超导现象被发现50年之后，BCS理论解释了低温超导现象。
超导现象最早是在1911年发现的，到上世纪三十年代的时候物理学家们确定超导体中的电子占据了不同于正常导体中电子的量子态。研究人员们于1950年发现，水银转变成超导体的临界温度比原子量较大的水银同位素的临界温度稍微要高一些，这就说明超导电性除了和材料中电子的运动有关外还和原子的运动有关。
为了解释这种“同位素效应”（Isotope Effect）Bardeen和他在伊利诺斯大学的同事David Pines从理论上证明，在原子晶格中电子可以相互吸引，虽然电子和电子之间有很强的静电排斥作用。关键在于，电子可以影响晶格原子的振动，这种振动可以影响其它的电子，也就是说电子和电子之间的相互吸引并不是直接的。
到了上世纪五十年代中期，Bardeen和博士后Cooper以及研究生Schrieffer合作。Cooper发表了一篇短文，在这篇文章中他发现Bardeen-Pines吸引可以使得动量相反的电子配对，并且这种配对是稳定的[1]。Cooper指出，这种配对的机制可能就是造成超导电性的原因，但是Bardeen开始的时候对此表示怀疑。这种配对的电子并不是物理上相靠近，但是两者的运动是相匹配的，它们总是具有大小相等方向相反的动量。当时并不清楚这种脆弱分离的配对为何能够被组织起来导致产生超导电性而不被破坏。
几个月后，Schrieffer找到了从数学上定义包含很多电子对的量子态的方法，这种量子态中电子对和其它的电子以及晶体原子之间没有相互作用，从而可以毫无阻碍地在晶体中运动。随后Schrieffer将这种物理图像和当时流行的舞蹈Frug作了类比（如图），在这种舞蹈中跳舞者在舞池中相互分离，中间隔了许多其它人，但是他们始终是一对。
跳舞者在舞池中相互分离，中间隔了许多其它人，但是他们始终是一对。
这个小组于1957年早期发表了一篇短文之后又于这一年的十二月发表了后来闻名遐迩的BCS（Bardeen-Cooper-Schrieffer）超导理论。他们于1972年获得了诺贝尔物理学奖。这个理论解释了同位素效应以及迈斯纳效应（当强度低于某一临界值的时候磁场不能进入超导体中）。这个理论同时还能够解释为什么超导电性只能够发生在接近绝对零度的时候——当热运动太剧烈的时候脆弱的Cooper对就会被破坏。来自伊利诺斯大学的超导实验学家Laura Greene认为这正体现了Bardeen的洞察力，他选择了正确的合作者，并且在探索的时候始终关注实验的进展。科学就应该这么做。
BCS波函数的一个奇异之处在于它缺少当时电磁方程组的任何量子或是经典解所具有的数学对称性。对这个问题的进一步分析刺激了粒子物理理论中所谓的对称性破缺（Symmetry Breaking）理论的发展。
虽然1986年发现的高温超导体依赖于电子的配对，它们在温度高于BCS理论中配对临界温度的时候依然具有超导电性。Marvin Cohen（加利福尼亚大学伯克利分校）认为虽然对于新材料缺乏理解，原来的BCS结对机制仍然有效。Greene认为，既然从发现超导现象开始就花了一些非常聪明的人五十年的时间才找到BCS理论，她并不认为仅仅过了二十年就能够解释高温超导现象。