文｜趕碳號
如果說謠言有翅膀，那么非凡的科學主張就有噴氣發(fā)動機。
韓國研究人員團隊可能剛剛做出了 21 世紀最偉大的物理發(fā)現(xiàn)——LK-99。韓國科學家團隊的兩篇論文出現(xiàn)在預印本服務(wù)器 arXiv.org 上幾個小時內(nèi)，就引起了巨大的病毒式傳播。研究人員的非凡聲明是，他們發(fā)現(xiàn)了一種室溫環(huán)境壓力超導體，這種材料可以在日常條件下完美導電。
當電子流過標準導電材料（例如鋁線）時，它們的作用就像碰碰車一樣，從原子上彈開。所有這些彈跳都會產(chǎn)生阻力，從而減少電流。但如果冷卻到–459 華氏度，就會發(fā)生一些奇怪的事情：交通規(guī)則發(fā)生變化，電子結(jié)合成對，在鋁原子之間以零電阻、無摩擦地滑動。
您可以將阻力想象為汽車輪胎的摩擦力。當電流流過材料時，部分電力會因熱量而損失，就像汽車因摩擦而失去動量一樣。電阻的大小取決于材料的電阻。一些通常被稱為絕緣體的物質(zhì)，如木材或塑料，本身就具有高電阻，這意味著當電流通過它們時，比其他材料損失更多的電流。超導體與絕緣體完全相反，可確保電流完美流過它們而不會損失任何（或幾乎任何）電流。
在這一發(fā)現(xiàn)之前，沒有人能夠找到一種在室溫和環(huán)境壓力下都表現(xiàn)出超導特性的材料。其他超導體必須保持在極高的壓力或極低的溫度（接近絕對零）下才能發(fā)揮作用。這使得它們對于大多數(shù)潛在應(yīng)用來說完全不切實際。
如果這一發(fā)現(xiàn)如此重要，那么LK-99的潛在用途和好處是什么？列表很長，但最令人興奮的列表之一是輸電。
另外，超導體對于大電流通過時產(chǎn)生的磁場也很有用。超導磁體為核磁共振掃描儀和懸浮列車提供動力。如果這一發(fā)現(xiàn)是真實的，那么這兩種技術(shù)的構(gòu)建都將變得更容易、更便宜，從而為醫(yī)療保健和交通帶來巨大發(fā)展。
聚變反應(yīng)堆還使用超導磁體來容納等離子體并保持聚變反應(yīng)的進行。科學家們最近能夠從聚變反應(yīng)堆中產(chǎn)生比啟動它所需的更多的能量，這是幾十年來一直在努力的一項巨大成就。隨著材料科學和聚變技術(shù)的快速發(fā)展，聚變反應(yīng)堆可能很快就會變得普遍。
如果所有這些令人難以置信的技術(shù)還不夠，那么超導體也可以用作量子計算機中的量子位。這就是為什么量子計算機必須冷卻到接近絕對零的原因。但如果 LK-99 確實是一種環(huán)境超導體并且易于復制，那么它可以用來制造指數(shù)級更大的量子計算機，而無需復雜且極其昂貴的冷卻系統(tǒng)。
韓國人的發(fā)現(xiàn)
韓國科學家研究小組在他們的論文中描述了這種新材料的創(chuàng)建。他們將其命名為 LK-99。他們將含有硫、氧和磷的粉末混合，并將混合物置于高溫下幾個小時。這個過程導致形成具有深灰色外觀的超導材料。
根據(jù)該團隊的說法，當對 LK-99 樣品通電時，其電阻下降到接近于零。此外，他們在磁性測試過程中觀察到了邁斯納效應(yīng)，這是超導性的一個特征。在此測試中，樣品放在磁鐵上時應(yīng)懸浮。該團隊提供了一段視頻，演示了材料的部分懸浮，并將不完全懸浮歸因于材料中的雜質(zhì)。
研究小組的主張激起了科學界的興奮和懷疑。近年來，有幾起研究人員聲稱發(fā)現(xiàn)了室溫、常壓超導體，但都未能經(jīng)受住審查。為了消除這種懷疑，韓國團隊邀請其他人復制他們的實驗以進一步驗證。這種復刻，幾天內(nèi)就會有結(jié)果，全世界都在圍觀。
美國馬里蘭大學物理學家理查德·格林（Richard Greene）自 20 世紀 70 年代以來一直致力于超導材料研究，他觀察到，雖然邁斯納效應(yīng)視頻乍一看“看起來令人印象深刻”，但超導并不是唯一可以導致物體懸浮的現(xiàn)象。
另一位物理學家、美國萊斯大學的道格拉斯·內(nèi)特爾森強調(diào)了兩篇論文中關(guān)于磁化率Χ的數(shù)據(jù)明顯不一致。
這種混亂中的一個亮點是，與高壓超導體的研究不同，Lee、Ji-Hoon Kim 及其合作者的工作所需的專業(yè)設(shè)備相對較少。正如美國 SLAC 國家實驗室的凝聚態(tài)物理學家Jennifer Fowlie指出的那樣，韓國研究人員用來合成材料的為期四天的多步驟固態(tài)過程并不簡單?！澳銈冎械囊恍┤瞬]有因為過度使用杵而手掌磨出水泡”，她打趣道。
盡管如此，由于缺乏高度專業(yè)化的試劑盒，應(yīng)該可以讓多個研究小組進行復制。由于人們對尋找它投入了如此多的注意力，LK-99之謎及其可能的室溫、環(huán)境壓力超導性的解決方案應(yīng)該很快就會到來。
英國布里斯托大學超導研究員奈杰爾·赫西 (Nigel Hussey)告訴《物理世界》：“我認為我們最好等待，看看世界上的另一個小組是否復制了這種材料以及報告中包含的結(jié)果?！?“如果是這樣，那么這當然將是一個轟動的突破。但就目前而言，這只是聳人聽聞?！?/p>
前仆后繼的研究
Ranga P. Dias，紐約羅切斯特大學機械工程和物理學教授
一家著名期刊決定撤回紐約羅切斯特大學物理學家蘭加·迪亞斯 (Ranga Dias) 的一篇論文，他曾就發(fā)現(xiàn)室溫超導體（一種不需要任何冷卻就能以零電阻導電的材料）提出了有爭議的主張。
《物理評論快報》 ( PRL ) 于 2021 年發(fā)表的一篇論文即將被撤回，意義重大，因為《自然》新聞團隊了解到，這是一項發(fā)現(xiàn)明顯數(shù)據(jù)造假的調(diào)查結(jié)果。
PRL做出這一決定之前，有人指控迪亞斯抄襲其博士論文的大部分內(nèi)容，并于去年 9 月《自然》雜志單獨撤回了迪亞斯的一篇關(guān)于室溫超導性的論文。
《自然》新聞團隊從要求匿名的消息來源處獲得了有關(guān)調(diào)查的文件，包括電子郵件和三份有關(guān)調(diào)查結(jié)果的報告。PRL的編輯在《自然》獲得的一封電子郵件中寫道：“調(diào)查結(jié)果令人信服地支持了數(shù)據(jù)捏造/偽造的指控?！?/p>
作為調(diào)查的一部分，合著者阿什坎·薩拉馬特（Ashkan Salamat）是內(nèi)華達大學拉斯維加斯分校的物理學家，也是迪亞斯的長期合作者，他提供了他聲稱的用于在 PRL 論文中創(chuàng)建數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)。但四名調(diào)查人員均發(fā)現(xiàn)薩拉馬特提供的數(shù)據(jù)與論文中的數(shù)據(jù)不符。兩名裁判在報告中寫道，他們的調(diào)查結(jié)論“描繪了一幅非常令人不安的畫面：明顯的數(shù)據(jù)捏造，隨后又試圖隱藏或掩蓋事實?！?我們敦促立即撤回該論文”。
迪亞斯和他的合作者于 2020 年 10 月在《自然》雜志上發(fā)表論文，稱他們創(chuàng)造了一種超導體，可以在超過 100 萬個大氣壓的極端壓力下在 15 ℃ 左右工作，他們立即成為頭條新聞。大多數(shù)超導體只能在-273.15℃ 的寒冷溫度下工作。其他研究人員無法重現(xiàn)該結(jié)果，去年《自然》雜志撤回了這篇文章。撤回聲明并未提及不當行為。
這一次，韓國科學家們在蘭加·迪亞斯教授的基礎(chǔ)上，“往前邁了一大步”。