文｜趕碳號(hào)
如果說(shuō)謠言有翅膀，那么非凡的科學(xué)主張就有噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
韓國(guó)研究人員團(tuán)隊(duì)可能剛剛做出了 21 世紀(jì)最偉大的物理發(fā)現(xiàn)——LK-99。韓國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的兩篇論文出現(xiàn)在預(yù)印本服務(wù)器 arXiv.org 上幾個(gè)小時(shí)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(dǎo)體，這種材料可以在日常條件下完美導(dǎo)電。
當(dāng)電子流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)電材料（例如鋁線）時(shí)，它們的作用就像碰碰車(chē)一樣，從原子上彈開(kāi)。所有這些彈跳都會(huì)產(chǎn)生阻力，從而減少電流。但如果冷卻到–459 華氏度，就會(huì)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(duì)，在鋁原子之間以零電阻、無(wú)摩擦地滑動(dòng)。
您可以將阻力想象為汽車(chē)輪胎的摩擦力。當(dāng)電流流過(guò)材料時(shí)，部分電力會(huì)因熱量而損失，就像汽車(chē)因摩擦而失去動(dòng)量一樣。電阻的大小取決于材料的電阻。一些通常被稱(chēng)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(dāng)電流通過(guò)它們時(shí)，比其他材料損失更多的電流。超導(dǎo)體與絕緣體完全相反，可確保電流完美流過(guò)它們而不會(huì)損失任何（或幾乎任何）電流。
在這一發(fā)現(xiàn)之前，沒(méi)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(dǎo)特性的材料。其他超導(dǎo)體必須保持在極高的壓力或極低的溫度（接近絕對(duì)零）下才能發(fā)揮作用。這使得它們對(duì)于大多數(shù)潛在應(yīng)用來(lái)說(shuō)完全不切實(shí)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(zhǎng)，但最令人興奮的列表之一是輸電。
另外，超導(dǎo)體對(duì)于大電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)也很有用。超導(dǎo)磁體為核磁共振掃描儀和懸浮列車(chē)提供動(dòng)力。如果這一發(fā)現(xiàn)是真實(shí)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(lái)巨大發(fā)展。
聚變反應(yīng)堆還使用超導(dǎo)磁體來(lái)容納等離子體并保持聚變反應(yīng)的進(jìn)行?？茖W(xué)家們最近能夠從聚變反應(yīng)堆中產(chǎn)生比啟動(dòng)它所需的更多的能量，這是幾十年來(lái)一直在努力的一項(xiàng)巨大成就。隨著材料科學(xué)和聚變技術(shù)的快速發(fā)展，聚變反應(yīng)堆可能很快就會(huì)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(dǎo)體也可以用作量子計(jì)算機(jī)中的量子位。這就是為什么量子計(jì)算機(jī)必須冷卻到接近絕對(duì)零的原因。但如果 LK-99 確實(shí)是一種環(huán)境超導(dǎo)體并且易于復(fù)制，那么它可以用來(lái)制造指數(shù)級(jí)更大的量子計(jì)算機(jī)，而無(wú)需復(fù)雜且極其昂貴的冷卻系統(tǒng)。
韓國(guó)人的發(fā)現(xiàn)
韓國(guó)科學(xué)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(gè)小時(shí)。這個(gè)過(guò)程導(dǎo)致形成具有深灰色外觀的超導(dǎo)材料。
根據(jù)該團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，當(dāng)對(duì) LK-99 樣品通電時(shí)，其電阻下降到接近于零。此外，他們?cè)诖判詼y(cè)試過(guò)程中觀察到了邁斯納效應(yīng)，這是超導(dǎo)性的一個(gè)特征。在此測(cè)試中，樣品放在磁鐵上時(shí)應(yīng)懸浮。該團(tuán)隊(duì)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(xué)界的興奮和懷疑。近年來(lái)，有幾起研究人員聲稱(chēng)發(fā)現(xiàn)了室溫、常壓超導(dǎo)體，但都未能經(jīng)受住審查。為了消除這種懷疑，韓國(guó)團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)其他人復(fù)制他們的實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步驗(yàn)證。這種復(fù)刻，幾天內(nèi)就會(huì)有結(jié)果，全世界都在圍觀。
美國(guó)馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家理查德·格林（Richard Greene）自 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)一直致力于超導(dǎo)材料研究，他觀察到，雖然邁斯納效應(yīng)視頻乍一看“看起來(lái)令人印象深刻”，但超導(dǎo)并不是唯一可以導(dǎo)致物體懸浮的現(xiàn)象。
另一位物理學(xué)家、美國(guó)萊斯大學(xué)的道格拉斯·內(nèi)特爾森強(qiáng)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(gè)亮點(diǎn)是，與高壓超導(dǎo)體的研究不同，Lee、Ji-Hoon Kim 及其合作者的工作所需的專(zhuān)業(yè)設(shè)備相對(duì)較少。正如美國(guó) SLAC 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的凝聚態(tài)物理學(xué)家Jennifer Fowlie指出的那樣，韓國(guó)研究人員用來(lái)合成材料的為期四天的多步驟固態(tài)過(guò)程并不簡(jiǎn)單?！澳銈冎械囊恍┤瞬](méi)有因?yàn)檫^(guò)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(zhuān)業(yè)化的試劑盒，應(yīng)該可以讓多個(gè)研究小組進(jìn)行復(fù)制。由于人們對(duì)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(dǎo)性的解決方案應(yīng)該很快就會(huì)到來(lái)。
英國(guó)布里斯托大學(xué)超導(dǎo)研究員奈杰爾·赫西 (Nigel Hussey)告訴《物理世界》：“我認(rèn)為我們最好等待，看看世界上的另一個(gè)小組是否復(fù)制了這種材料以及報(bào)告中包含的結(jié)果?！?“如果是這樣，那么這當(dāng)然將是一個(gè)轟動(dòng)的突破。但就目前而言，這只是聳人聽(tīng)聞?！?/p>
前仆后繼的研究
Ranga P. Dias，紐約羅切斯特大學(xué)機(jī)械工程和物理學(xué)教授
一家著名期刊決定撤回紐約羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家蘭加·迪亞斯 (Ranga Dias) 的一篇論文，他曾就發(fā)現(xiàn)室溫超導(dǎo)體（一種不需要任何冷卻就能以零電阻導(dǎo)電的材料）提出了有爭(zhēng)議的主張。
《物理評(píng)論快報(bào)》 ( PRL ) 于 2021 年發(fā)表的一篇論文即將被撤回，意義重大，因?yàn)椤蹲匀弧沸侣剤F(tuán)隊(duì)了解到，這是一項(xiàng)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(dú)撤回了迪亞斯的一篇關(guān)于室溫超導(dǎo)性的論文。
《自然》新聞團(tuán)隊(duì)從要求匿名的消息來(lái)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(bào)告。PRL的編輯在《自然》獲得的一封電子郵件中寫(xiě)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(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的物理學(xué)家，也是迪亞斯的長(zhǎng)期合作者，他提供了他聲稱(chēng)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(bào)告中寫(xiě)道，他們的調(diào)查結(jié)論“描繪了一幅非常令人不安的畫(huà)面：明顯的數(shù)據(jù)捏造，隨后又試圖隱藏或掩蓋事實(shí)?！?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(chēng)他們創(chuàng)造了一種超導(dǎo)體，可以在超過(guò) 100 萬(wàn)個(gè)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(dǎo)體只能在-273.15℃ 的寒冷溫度下工作。其他研究人員無(wú)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(dāng)行為。
這一次，韓國(guó)科學(xué)家們?cè)谔m加·迪亞斯教授的基礎(chǔ)上，“往前邁了一大步”。