超导体丑闻?科学家质疑一项诺贝尔奖级别的发现

科学家声称已实现室温超导,但其他物理学家表示数据看起来像是伪造的

超导体使磁悬浮和其他诱人的可能性成为现实。

这项发现将改变世界。从永不损失能量的电网到磁悬浮列车,找到一种在室温下具有超导性的材料将使一系列奇妙的技术成为现实。这并非像听起来那么遥不可及。尽管超导体——能够以零电阻传输电力的材料——目前仅在极低的温度下存在,但没有物理原因表明它们不能在室温下工作。可能只是没有人偶然发现神奇的配方。但这可能即将改变。在7月下旬发布在arXiv上的一项研究中,来自印度科学研究所的两位科学家Dev Kumar Thapa和Anshu Pandey提出,一种金和银纳米粒子的混合物实现了诺贝尔奖级别的目标。这项来自一个信誉良好的团队的发现,最初既受到兴奋也受到怀疑,因为物理学家们谨慎地仔细观察。但此后,这个故事引发了不信任,甚至还有一些闹剧。

尽管物理学家们抱有希望,但该领域的从业者都知道,之前许多关于高温超导体的说法都以失败告终。许多人最初担心,Thapa和Pandey的发现将又是一个错误的报告——被称为USO或不明超导物体。但是,当麻省理工学院的物理学家Brian Skinner发现了一些令人不安的事情时,这种自然的怀疑变成了怀疑。在论文的其中一张图中,该图显示了超导体在不同温度下排斥不同磁场的效果,他注意到,对于两个不同的磁场值,数据具有完全相同的噪声模式,尽管彼此略有偏移。*每次一个模式向上或向下偏移时,另一个模式都会跟随——完全同步。但噪声在定义上是随机的。它不应在不同磁场下进行的单独试验中重复自身。

这种相关性本身就令人震惊。但它也呼应了现代物理学中最大的丑闻之一。在2000年代初期,科学家们发现,著名的物理学家扬·亨德里克·舍恩(Jan Hendrik Schön)——他也研究超导体等课题——伪造了来自多项实验的数据。这一举动最终剥夺了他的博士学位,并导致多篇论文被撤回。是的,这项发现是由科学家注意到他发表的其中一张图中的噪声模式与另一张图中的噪声模式惊人地相似而引发的。 


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这是一个科学家们非常熟悉的故事。“这有点像睡前寓言,”Skinner说,目的是教导学生们要一丝不苟地诚实。这使得Skinner犹豫是否要发表他的发现。他知道,重复的噪声模式会让所有人立刻想到舍恩——使他的说法听起来像是在指责Thapa和Pandey。Skinner考虑了一个多星期,把其他科学家拉到一边——从技术人员到资深实验人员——询问这是否可能是一个诚实的错误。尽管这仍然有可能,但所有人都同意,噪声模式没有明显的解释。Skinner知道他有义务公开。因此,在一篇发表在arXiv上的简短说明中,他指出了重复的噪声模式,并要求做出解释,但没有暗示数据是伪造的。约翰·霍普金斯大学的物理学家Peter Armitage也认为这是一个正确的举动。“我认为这是一个非常重要的观察,他不仅指出了这一点,而且有胆量公开这样做,这真是为该领域做了一件好事,”他说。

尽管Skinner小心地避免指责该团队,但他的发现还是引起了相当大的争议。“当我看到Skinner的论文并看到曲线时,我心想‘游戏结束了’,”康奈尔大学的物理学家David Muller说。“这不是确凿的证据……但我知道我会把赌注下在哪一边。”原始论文的作者尚未回应噪声相关性,并表示他们正在等待外部验证他们的结果。印度塔塔基础研究所的物理学家Pratap Raychaudhuri着手寻找这种相关性最合理的解释。经过深思熟虑,他认为噪声根本不是噪声,而是一种信号,这种信号来自磁场内粒子的自然旋转。该信号只是看起来是随机的,因此伪装成噪声。更重要的是:这种模式可以在独立运行后重复自身——从而解释了为什么两条曲线匹配。尽管Raychaudhuri承认他并不完全相信他的合理化解释,但他表示,如果作者发送他们的样品,这可以在任何专业实验室轻松测试。

问题是Thapa和Pandey没有这样做。“作者的这种沉默不是一种健康的实践,”Raychaudhuri说。“这违背了科学精神。”虽然Pandey坚称他的结果正在由独立专家验证,但这并没有给Raychaudhuri带来安慰,他担心这些检查可能不是真正独立的。“让你的朋友、你的隔壁同事等等来验证,这不是独立验证,”他说。他和该领域的其他人希望该团队将他们的超导材料送到外部实验室进行测试。

与此同时,故事发生了戏剧性的转变:8月,Raychaudhuri收到一封电子邮件,似乎来自印度科学研究所的物理学家T.V. Ramakrishnan,要求他不要在社交媒体上批评作者。(Raychaudhuri已将他的发现发布到Facebook。)但Ramakrishnan从未发送过这样的电子邮件。不久之后,两人意识到一个以Ramakrishnan的名字设置的虚假电子邮件地址。 “这封电子邮件的目的似乎是为了挑拨他和我之间的不和,”Ramakrishnan说。但奇怪的事件并没有就此结束。与加密电子邮件地址关联的同一个名字也与一个Facebook个人资料相关联,该个人资料在电子邮件丑闻发生后不久试图与Skinner和Raychaudhuri成为朋友。该个人资料没有朋友,时间线写着:“记住:尤利乌斯·凯撒走得太远了!”

电子邮件地址和Facebook个人资料都已被删除。有些人怀疑这是心怀不满的学生所为,但Raychaudhuri认为现在猜测还为时过早。目前,他出乎意料地感谢在社交媒体上发生了如此多的科学讨论。Raychaudhuri不仅发布了上周的几个Facebook帖子,而且Skinner也发布了一个Twitter帖子——这些事件将科学过程带入了公共领域。“这是一件非常好的事情,因为它连接了人们,”Raychaudhuri说。“研究界通常非常深奥,与社会大众脱节。”他甚至乐观地认为,无论发生什么——无论Thapa和Pandey的结果是否成立,或者他们的工作结果证明是错误的——这些事件都将帮助公众理解,这就是科学方法如何运作以验证(或驳斥)主张,从而缓慢地向前推进。

*编者注(2018年8月20日):这句话在发布后进行了编辑。原文错误地声称噪声模式出现在两个不同温度的数据中。

Shannon Hall is an award-winning freelance science journalist based in the Rocky Mountains. She specializes in writing about astronomy, geology and the environment.

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SA Space & Physics Vol 1 Issue 4This article was originally published with the title “A Superconductor Scandal? Scientists Question a Nobel Prize–Worthy Claim” in SA Space & Physics Vol. 1 No. 4 ()
doi:10.1038/scientificamericanspace1018-13
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