如果謠言有翅膀,那麼非凡的科學宣告就擁有噴氣發動機。在預印本伺服器arXiv.org上出現的幾個小時內,韓國科學家團隊的兩篇論文引起了巨大的病毒式轟動。研究人員的非凡宣告是,他們發現了一種室溫常壓超導體,這種材料可以在日常條件下完美地導電。
真正的常溫常壓超導體因其改變許多技術的潛力而經常受到吹捧。它可以實現完美的電網、磁懸浮列車、商業上可行的核聚變反應堆——典型的清單還在繼續。作者寫道,他們的發現“將是一場全新的歷史事件,開啟人類的新紀元。”但是他們的實驗尚未受到科學界的適當審查,而且對突破性超導體的追求有著漫長的大膽宣告最終落空的歷史。
超導性到底是什麼?
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當電子流過標準導電材料(例如鋁線)時,它們的行為有點像碰碰車,在原子之間彈跳。所有這些彈跳都會產生電阻,從而降低電流。但是,如果將鋁線冷卻到絕對零度以上約一開爾文(-459華氏度),就會發生一些奇怪的事情:交通規則發生變化,電子結合成對,在鋁原子之間無摩擦地滑動,電阻為零。
1987年,研究人員發現了第一批“高溫”超導體——只需冷卻到77開爾文(-321華氏度)的材料,這個溫度很容易透過廉價且豐富的液氮達到。這些材料在字面意義和比喻意義上都是令人興奮的,在科學家和公眾中引發了對更溫暖超導可能性的熱情。但隨著進展放緩,許多熱情消退,“高溫”超導體仍然停留在低溫狀態,並且仍然不切實際地易碎。
在過去的十年中,研究人員追求了一種有趣的替代方案:他們發現了氫基化合物,這些化合物在相對溫暖的溫度下是超導體,但前提是需要擠壓到大於一百萬個大氣壓的壓力。而維持如此高的壓力甚至比維持超低溫更不切實際。
最新的宣告是什麼?
在他們新的預印本論文中,研究人員表示,LK-99,一種鉛、銅、磷和氧的化合物,在高於400開爾文(260華氏度)的溫度和常壓下是一種超導體。他們還包括一個詳細的配方,用於製作葡萄乾大小的化合物顆粒,這需要混合精確比例的粉末成分,然後在高溫下烘烤混合物。
作者還報告說,他們對LK-99進行了測試,並表示他們發現電阻率在378開爾文(220華氏度)左右急劇下降,然後在333開爾文(140華氏度)左右幾乎達到零。雖然零電阻是超導性的標誌,但還需要其他測試來確認真正的超導體。其中一項測試是邁斯納效應:由於超導體排斥磁場,因此它排斥其他磁體,產生標誌性的懸浮效應。韓國研究人員提供了一個影片,他們說LK-99展示了邁斯納效應,但超導體並不是唯一漂浮在磁鐵上的東西——例如,石墨也會懸浮。
為什麼許多科學家持懷疑態度?
未能經受住推敲的非凡宣告長期以來一直困擾著超導性領域。1987年,在發現一種名為YBCO的化合物是高溫超導體之後,一些研究人員認為他們看到了該化合物在室溫下發展出超導性的跡象——但這些跡象在仔細檢查後消失了。曾經充滿希望的失敗案例不勝列舉:鋁和碳的夾層、氯化銅、氨基化合物等等,都曾暗示室溫超導性,但最終被證明是虛幻的。
羅切斯特大學的物理學家蘭加·迪亞斯最近對室溫超導體做出了多項宣告。但是,關於科學不端行為的撤稿和指控損害了這些發現的可信度。
所有這一切都意味著,對於新的室溫超導性報告——尤其是那些尚未經過同行評審的報告,強烈的懷疑是預設態度。在最新的案例中,韓國團隊預印本論文中的幾個細節引起了關注。佛羅里達大學的物理學家詹姆斯·哈姆林指出了LK-99磁性測量中的一些奇怪之處,這些奇怪之處讓他感到不安。“它看起來真的不太像我測量這些特性的經驗,”他說。
萊斯大學的物理學家道格·納特爾森在為本文采訪而審閱預印本時,自發地發現了一些更奇怪的事情。兩篇論文都包含一個詳細描述LK-99磁性的資料圖。兩個圖都來自相同的資料集,因此應該是相同的——但其中一篇論文中的圖的y軸的比例比另一篇論文中的圖大約大7,000倍。這種不一致性並不能證明任何事情,但至少,它表明校對方面存在令人擔憂的缺陷。大眾科學聯絡了韓國團隊要求置評,但在本報道釋出時未收到回覆。
要獲得關於LK-99中真正發生的事情的明確答案,需要耐心,因為渴望獨立的團隊正在嘗試複製韓國團隊的工作。由於LK-99合成的配方很簡單,結果可能會在未來幾天或幾周內出現。納特爾森很感興趣,但他並沒有屏住呼吸。“人們看到奇怪的東西最終沒有成功的情況並不少見,”他說。
