Południowokoreańscy naukowcy wywołali sensację, twierdząc, że stworzyli jednego ze świętych grali fizyki: nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej. Oto, co by to oznaczało — i dlaczego wielu naukowców jeszcze nie świętuje.
Gdy prąd elektryczny płynie wzdłuż drutu, niektóre jego elektrony zderzają się z cząsteczkami w materiale. Nazywa się to „oporem” i powoduje utratę części energii, zamieniając ją w ciepło, zanim dotrze do celu. Różne materiały mają różną rezystancję, więc aby uniknąć utraty energii, do przesyłania energii elektrycznej używamy materiałów o niskiej rezystancji (a tym samym wysokiej przewodności), takich jak druty miedziane. Ponieważ jednak materiały te nadal po drodze tracą trochę energii, musimy wytworzyć więcej energii elektrycznej, niż faktycznie zużywamy. Skutkuje to wyższymi kosztami energii elektrycznej dla konsumentów oraz, jeśli energia elektryczna jest wytwarzana z paliw kopalnych, dodatkową emisją dwutlenku węgla.
Zobacz też: W ciągu 2 lat komputery kwantowe mogą wyprzedzić te klasyczne!
Nadprzewodniki 101: Nadprzewodniki to materiały bez oporności elektrycznej i nie tylko mają potencjał, aby zwiększyć wydajność sieci elektrycznej, ale mogą mieć wpływ na transformację całego świata — ale jest pewien haczyk.
Chociaż naukowcy zidentyfikowali materiały nadprzewodzące, wykazują one tę właściwość tylko w bardzo niskich temperaturach i zwykle przy bardzo wysokich ciśnieniach. Nie znaleźli jeszcze takiego, który wykazywałby nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej i ciśnieniu panującym na powierzchni, a właśnie tego potrzebujemy, aby zrewolucjonizować sieć energetyczną i niezliczone inne praktyczne zastosowania, w tym energię termojądrową, ultraszybki internet i pociągi maglev.
Prawdziwy, pracujący w temperaturze pokojowej nadprzewodnik, który działa pod ciśnieniem otoczenia, byłby jednym ze świętych grali współczesnej fizyki, otwierając nowe ważne osiągnięcia w dziedzinie energii, transportu, opieki zdrowotnej i komunikacji.
— powiedział Mohammad Yazdani-Asrami z Uniwersytetu w Glasgow Szkoła Inżynierii Jamesa Watta
Co nowego? 22 lipca 2023 roku południowokoreańscy naukowcy udostępnili dwa artykuły na serwerze preprint arXiv (1. artykuł, 2. artykuł), twierdząc, że materiał o nazwie LK-99 jest nadprzewodnikiem działającym w temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem otoczenia.
Kilka dni później jeden z autorów udostępnił wideo, które podobno pokazuje kawałek LK-99 lewitujący nad magnesem, twierdząc, że demonstruje to efekt Meissnera, zjawisko, w którym materiały wyrzucają całe swoje pole magnetyczne podczas przechodzenia w nadprzewodnik państwo.
Podobno co najmniej jeden z artykułów jest przygotowywany do wysłania do recenzowanego czasopisma — gdy to nastąpi, redaktorzy czasopism i recenzenci-eksperci przeanalizują artykuł, aby określić jego jakość naukową (i potencjalnie mogą poprosić o więcej danych).
W międzyczasie niezależni badacze wykorzystali fakt, że LK-99 jest wykonany z zaledwie czterech dość łatwo dostępnych składników, aby spróbować zsyntetyzować materiał i przetestować jego właściwości nadprzewodzące – jak dotąd z różnymi wynikami.
Symulacje komputerowe sugerują, że LK-99 może teoretycznie być nadprzewodnikiem pracującym w temperaturze pokojowej
Zespół z Narodowego Laboratorium Fizycznego Indii napisał w przeddrukowanym artykule, że nie znalazł dowodów na nadprzewodnictwo w temperaturze pokojowej w tym materiale. Naukowcy z Uniwersytetu Beihang w Chinach zgłosili te same wyniki, dodając, że w ich przypadku materiał nie lewitował.
Dwóch studentów z Uniwersytetu Huazhong udostępniło z kolei film przedstawiający lewitujący płatek LK-99. Obecnie nie ma możliwości zweryfikowania tego twierdzenia, a nawet jeśli jest to prawda, sama lewitacja nie dowodzi, że jest to nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej — istnieją inne właściwości, które mogą pomóc osiągnąć ten efekt, więc materiał musi również wykazywać zerową rezystancję elektryczną przy temperaturze pokojowej.
W międzyczasie, zamiast faktycznie tworzyć LK-99, badacz z Lawrence Berkeley National Lab i zespół z Shenyang National Laboratory for Materials Science symulowali materiał za pomocą oprogramowania, który teoretycznie może działać – co opisali w dwóch artykułach (1. artykuł, 2. artykuł), które udostępnili na arXiv.
Nie brakuje sceptycyzmu: inne zespoły donosiły już o stworzeniu nadprzewodników w temperaturze pokojowej (zwykle w połączeniu z bardzo wysokimi ciśnieniami), ale żaden z nich nie przeszedł pozytywnej weryfikacji ze strony społeczności naukowej.
W odpowiedzi na najnowsze osiągnięcia Koreańskie Towarzystwo Nadprzewodnictwa i Kriogeniki powołało komisję weryfikacyjną nadprzewodników pracujących w temperaturze pokojowej i poprosiło o próbki LK-99 do analizy — ale niektórzy naukowcy są już całkiem pewni, jaki będzie wynik badań komisji.
Kilka grup — w tym zespoły z Argonne National Laboratory, Seoul National University i University of Southern California, a także osoby prywatne mające dostęp do odpowiednich materiałów — wciąż próbuaj odtworzyć wyniki badań południowokoreańskiego zespołu.
Może to zająć trochę więcej czasu, ale w końcu naukowcy dojdą do pewnego rodzaju konsensusu co do tego, czy LK-99 naprawdę jest nadprzewodnikiem działającym w temperaturze pokojowej — a jeśli tak nie jest, polowanie na tego rodzaju przełomowy materiał z pewnością będzie kontynuowane.
To oficjalne: LK-99 nie jest nadprzewodnikiem działającym w temperaturze pokojowej
Jeśli była jeszcze jakakolwiek nadzieja, że LK-99 może być nadprzewodnikiem pracującym w temperaturze pokojowej, to jest już prawie martwa. W rzeczywistości jest gorzej. Czyste próbki substancji wykazują, że jest on izolatorem — przeciwieństwem nadprzewodnika. Przebłyski nadziei, które utrzymywały tę historię na nagłówkach artykułów przez tygodnie, wydają się być bzdurą.
Dziesiątki badań opublikowanych w ciągu ostatniego tygodnia lub dwóch skupiły się wokół sensacyjnego doniesienia, niecały miesiąc po opublikowaniu artykułu wstępnego przez zespół Centrum Badań Energii Kwantowej, małej firmy mieszczącej się w piwnicy skromnego budynku mieszkalnego w Seulu w Korei Południowej.
Koreański zespół wywołał falę, gdy 22 lipca 2023 roku opublikował swoje „doniesienia”, twierdząc, że stworzył materiał, który wykazywał właściwości podobne do nadprzewodników w temperaturze i ciśnieniu otoczenia. Co więcej, materiał został wykonany z łatwo dostępnych składników: ołowiu, miedzi, fosforu i tlenu. To byłoby dziwne w obliczu dziesięcioleci badań nad nadprzewodnikami.
A jednak wydawało się, że posiada niektóre z tych samych cech, które charakteryzują nadprzewodniki. Film opublikowany przez zespół pokazał, że częściowo lewituje nad magnesem, a podczas sondowania go pod kątem oporu elektrycznego zauważyli gwałtowny spadek około 104,8°C. Zarówno lewitacja, jak i spadek oporu są cechami charakterystycznymi nadprzewodników.
LK-99 był obietnicą lepszego jutra, ale Uniwersytet Koreański bada teraz okoliczności związane z publikacjami, które ujawniły istnienie wątpliwego nadprzewodnika
Kilka tygodni temu świat był zaskoczony twierdzeniami o nadprzewodniku działającym w temperaturze pokojowej – odkryciu naukowym, które mogłoby na nowo zdefiniować współczesną fizykę, jaką znamy. Twierdzenia te okazały się bzdurami, a południowokoreański uniwersytet bada skargę złożoną przeciwko profesorowi, który je opublikował.
Bloomberg donosi, że Korea University bada w szczególności skargę, że Young-Wan Kwon opublikował artykuł o przełomie nadprzewodników bez zgody jego współautorów. Kwon przesłał przeddrukowany manuskrypt opisujący nadprzewodnik, nazwany LK-99, na serwer arXiv Uniwersytetu Cornell pod koniec lipca. Teraz urzędnik Korea University powiedział Bloombergowi, że sprawa wymaga natychmiastowego dochodzenia, które powinno zająć około sześciu miesięcy.
Co warto wiedzieć o bardzo głośnym odkryciu nowego nadprzewodnika?
Fizycy po raz pierwszy dobrze przyjrzeli się „odkryciu”. Według arXiv, Kwon przesłał artykuł do repozytorium 22 lipca 2023 roku wraz ze współautorami Sukbae Lee i Ji-Hoon Kim. Kilka godzin później Lee i Kim przesłali kolejny artykuł do arXiv wraz z czterema innymi współautorami – wyraźnie brakowało Kwona w nagłówku. Kim Hyun Tak, profesor fizyki w College of William & Mary, podobno powiedział Bloombergowi na początku tego miesiąca, że grupa przesłała drugi artykuł w odpowiedzi na przesłanie przez Kwona oryginalnego manuskryptu.
LK-99 to zsyntetyzowany związek miedzi, ołowiu, fosforu i tlenu, który według naukowców mógłby służyć jako nadprzewodnik do temperatur 260 stopni Fahrenheita (127 stopni Celsjusza). Jak zauważa Nature, podejmowane przez innych naukowców próby odtworzenia tego materiału i jego właściwości nie powiodły się.
Niezależnie od tego, społeczność naukowa została zainspirowana najnowszą perspektywą stworzenia półprzewodnika pracującego w temperaturze pokojowej, co może mieć ogromne konsekwencje dla światowego zaopatrzenia w energię. Nadprzewodnik to materiał, który może przewodzić prąd elektryczny bez napotykania przez ten prąd jakiegokolwiek oporu. Zazwyczaj nadprzewodniki wymagają niewiarygodnie niskich temperatur i niezwykle wysokich ciśnień, co czyni je niezwykle trudnymi do wykorzystania poza warunkami laboratoryjnymi. Nadprzewodnik pracujący w temperaturze pokojowej mógłby zatem zrewolucjonizować wszystko, od naszych sieci energetycznych po transport publiczny, zwiększając efektywność przewodnictwa elektrycznego.
Artykuł Kwona, Lee i Kima nie jest jedyną wydmuszką w świecie nadprzewodników w temperaturze pokojowej, z którym społeczność fizyków musiała sobie poradzić w tym roku. W marcu zespół badawczy z University of Rochester twierdził, że opracował nadprzewodnik działający w temperaturze pokojowej w artykule opublikowanym w Nature. Z kolei The New York Times poinformował, że ten artykuł został wycofywany z czasopisma, podczas gdy jeden z autorów artykułu stoi w obliczu śledztwa i rosnących zarzutów o niewłaściwe prowadzenie badań.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: The New York Times | Nature | arXiv | Freethink | Gizmodo
zdjęcie wykorzystane w nagłówku wpisu pochodzi z Depositphotos