如果谣言有翅膀,那么非凡的科学声明就拥有喷气发动机。在预印本服务器arXiv.org上出现的几个小时内,韩国科学家团队的两篇论文引起了巨大的病毒式轰动。研究人员的非凡声明是,他们发现了一种室温常压超导体,这种材料可以在日常条件下完美地导电。
真正的常温常压超导体因其改变许多技术的潜力而经常受到吹捧。它可以实现完美的电网、磁悬浮列车、商业上可行的核聚变反应堆——典型的清单还在继续。作者写道,他们的发现“将是一场全新的历史事件,开启人类的新纪元。”但是他们的实验尚未受到科学界的适当审查,而且对突破性超导体的追求有着漫长的大胆声明最终落空的历史。
超导性到底是什么?
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当电子流过标准导电材料(例如铝线)时,它们的行为有点像碰碰车,在原子之间弹跳。所有这些弹跳都会产生电阻,从而降低电流。但是,如果将铝线冷却到绝对零度以上约一开尔文(-459华氏度),就会发生一些奇怪的事情:交通规则发生变化,电子结合成对,在铝原子之间无摩擦地滑动,电阻为零。
1987年,研究人员发现了第一批“高温”超导体——只需冷却到77开尔文(-321华氏度)的材料,这个温度很容易通过廉价且丰富的液氮达到。这些材料在字面意义和比喻意义上都是令人兴奋的,在科学家和公众中引发了对更温暖超导可能性的热情。但随着进展放缓,许多热情消退,“高温”超导体仍然停留在低温状态,并且仍然不切实际地易碎。
在过去的十年中,研究人员追求了一种有趣的替代方案:他们发现了氢基化合物,这些化合物在相对温暖的温度下是超导体,但前提是需要挤压到大于一百万个大气压的压力。而维持如此高的压力甚至比维持超低温更不切实际。
最新的声明是什么?
在他们新的预印本论文中,研究人员表示,LK-99,一种铅、铜、磷和氧的化合物,在高于400开尔文(260华氏度)的温度和常压下是一种超导体。他们还包括一个详细的配方,用于制作葡萄干大小的化合物颗粒,这需要混合精确比例的粉末成分,然后在高温下烘烤混合物。
作者还报告说,他们对LK-99进行了测试,并表示他们发现电阻率在378开尔文(220华氏度)左右急剧下降,然后在333开尔文(140华氏度)左右几乎达到零。虽然零电阻是超导性的标志,但还需要其他测试来确认真正的超导体。其中一项测试是迈斯纳效应:由于超导体排斥磁场,因此它排斥其他磁体,产生标志性的悬浮效应。韩国研究人员提供了一个视频,他们说LK-99展示了迈斯纳效应,但超导体并不是唯一漂浮在磁铁上的东西——例如,石墨也会悬浮。
为什么许多科学家持怀疑态度?
未能经受住推敲的非凡声明长期以来一直困扰着超导性领域。1987年,在发现一种名为YBCO的化合物是高温超导体之后,一些研究人员认为他们看到了该化合物在室温下发展出超导性的迹象——但这些迹象在仔细检查后消失了。曾经充满希望的失败案例不胜枚举:铝和碳的夹层、氯化铜、氨基化合物等等,都曾暗示室温超导性,但最终被证明是虚幻的。
罗切斯特大学的物理学家兰加·迪亚斯最近对室温超导体做出了多项声明。但是,关于科学不端行为的撤稿和指控损害了这些发现的可信度。
所有这一切都意味着,对于新的室温超导性报告——尤其是那些尚未经过同行评审的报告,强烈的怀疑是默认态度。在最新的案例中,韩国团队预印本论文中的几个细节引起了关注。佛罗里达大学的物理学家詹姆斯·哈姆林指出了LK-99磁性测量中的一些奇怪之处,这些奇怪之处让他感到不安。“它看起来真的不太像我测量这些特性的经验,”他说。
莱斯大学的物理学家道格·纳特尔森在为本文采访而审阅预印本时,自发地发现了一些更奇怪的事情。两篇论文都包含一个详细描述LK-99磁性的数据图。两个图都来自相同的数据集,因此应该是相同的——但其中一篇论文中的图的y轴的比例比另一篇论文中的图大约大7,000倍。这种不一致性并不能证明任何事情,但至少,它表明校对方面存在令人担忧的缺陷。大众科学联系了韩国团队要求置评,但在本报道发布时未收到回复。
要获得关于LK-99中真正发生的事情的明确答案,需要耐心,因为渴望独立的团队正在尝试复制韩国团队的工作。由于LK-99合成的配方很简单,结果可能会在未来几天或几周内出现。纳特尔森很感兴趣,但他并没有屏住呼吸。“人们看到奇怪的东西最终没有成功的情况并不少见,”他说。