8 timer siden LK-99 Superconductor: From Breakthrough Hope to More Humble Reality
Da sørkoreanske forskere rapporterte om et potensielt gjennombrudd innen superledere i slutten av juli, løste påstandene deres opp bølger av spenning og skepsis da forskere over hele verden skyndte seg å gjenskape eksperimentene.
En slik superleder – som overfører elektrisitet uten energitap ved romtemperatur og vanlig lufttrykk – er en hellig gral av materialvitenskap. Drømmere håper på romtemperatur-superledere som kan maksimere effektiviteten til våre energinett og superlade fusjonsenergiproduksjon; øke hastigheten på fremdriften på kvantedatamaskiner; eller bidra til å innlede en tid med superrask transport.
I ukene siden den første rapporten har imidlertid historien om LK-99-superlederen handlet om hva som skjer i laboratorier – noe som ganske raskt brakte hypen ned på jorden. Arbeidet med replikering og bekreftelse har støttet skeptikerne og har gitt mer klarhet om hva LK-99 er og hva det ikke er.
Den 22. juli lastet fysikerne i Sør-Korea opp to artikler til arXiv, et depot for preprint-forskning – den typen som ennå ikke har blitt fagfellevurdert og publisert i et vitenskapelig tidsskrift. Det er i grunnen som å laste opp et første utkast av arbeidet ditt. Forskerne hevdet at de hadde produsert den første romtemperatur-superlederen med en “modifisert bly-apatittstruktur” dopet med kobber og kalt LK-99.
En del av “beviset” teamet ga var en video som viser forbindelsen som svever over en magnet, en nøkkelegenskap for superledende materialer.
De dristige påstandene gjorde et monumentalt plask hos eksperter på området.
“Kjemikaliene er så billige og ikke vanskelige å lage,” sa Xiaolin Wang, en materialforsker ved University of Wollongong i Australia. “Dette er grunnen til at det er som en atombombe i samfunnet.”
Men det som skjedde i det laboratoriet i Sør-Korea var bare et aller første skritt i å finne ut om resultatene på en eller annen måte kan ha praktiske implikasjoner for teknologi og dens rolle i livene våre. Vi trengte mer data, og fra starten var det grunn til å være forsiktig.
Hvordan superledere fungerer og hvor man finner dem
En bona fide superleder i romtemperatur ville være en stor sak verdig fanfare. Moderne materialer vi bruker til å lede elektrisitet, som kobberledningene som leverer energi til hjemmet ditt, er ineffektive. Når elektroner bumper nedover ledningen, støter de inn i atomene i materialet, skaper varme og mister energi. Dette er kjent som elektrisk motstand, årsaken til at opptil 10 % av elektrisiteten går til spille når den går gjennom overføringslinjer til hjemmene. Energitap skjer også i våre elektroniske enheter.
Men hvis ledninger og overføringslinjer skulle være laget av et superledende materiale, kan du praktisk talt negere disse tapene. Elektronene danner par når de reiser gjennom materialet og støter ikke så mye inn i atomene, noe som gjør at de kan strømme fritt.
Superledende materialer finnes allerede og er i bruk i ulike applikasjoner, som MR-maskiner, over hele verden. Disse krever imidlertid ekstremt lave temperaturer (nærmer seg absolutt null ved rundt minus 459 grader Fahrenheit) eller ekstremt høye trykk (utover 100 000 ganger atmosfæretrykket).
I mellomtiden bygges et superledende magnetisk levitasjonssystem av Central Japan Railway for å ta passasjerer mellom Tokyo og Nagoya. SCMaglev-toget bruker gummihjul for å komme opp i hastigheter på rundt 93 miles i timen før det superledende magnetiske systemet tar over. Den skal kunne nå hastigheter på 311 mph.
Prosessen krever en superledende niob-titanium-legering, som avkjøles til minus 452 grader Fahrenheit med flytende helium.
En romtemperatur-superleder som LK-99 ville gjøre dette til et langt billigere forsøk og bety at det ikke er nødvendig å akkumulere helium. (I motsetning til noen bekymringer i media de siste årene, går vi ikke tom for helium med det første, men det produseres i bare noen få land, så problemer med forsyningen kan forårsake massive prisstigninger.)
LK-99-hype og skepsis
Fra begynnelsen var Wang og andre superledningseksperter skeptiske til det originale LK-99-eksperimentet, og påpekte inkonsekvenser i dataene. Han sa at resultatene ikke bør hypes “før mer overbevisende eksperimentelle data er gitt.” Teamet hans ved University of Wollongong begynte å jobbe med å gjenskape resultatene, men det hadde problemer med prøvefabrikasjon.
I et intervju med magasinet Science publisert 27. juli var Michael Norman, fysiker ved Argonne National Laboratory, skarp. Han sa at det sørkoreanske laget “kommer ut som ekte amatører.”
I begynnelsen av august hadde forsøk på å følge oppskriften og bekrefte LK-superledning stort sett mislyktes. Å overvåke bølgen av nye superledningseksperimenter av forskjellige laboratorier og enkeltpersoner ble noe av en hytteindustri.
På tvers av X, det sosiale nettverket tidligere kjent som Twitter, har LK-99 hatt en trend i flere dager. Det gikk offisielt over til Meme-territoriet – alle snakker om «flytende steiner» – og genererte noen merkelige påstander, med mange mennesker som la merke til overfloden av kontoer som raskt forandret seg fra å fremme AI-investeringer til å plutselig støtte aksjer i superledere. American Superconductor Corporations aksjer doblet seg umiddelbart etter 27. juli, men kom raskt tilbake til sine tidligere nivåer.
Til og med administrerende direktør for ChatGPT-produsenten OpenAI, Sam Altman, veide inn og spøkte, “elsker disse e-postene fra rekrutterere som ber om 2+ års erfaring med lk-99.”
Skepsisen rundt LK-99 er velbegrunnet. Gjennom årene har mange team hevdet å oppdage romtemperatur-superledere. De fleste av disse påstandene har ikke motstått vitenskapelig gransking.
For eksempel, i 2020, publiserte et team ledet av Ranga Dias, en fysiker ved University of Rochester i New York, bevis på en romtemperatur-superleder, i det prestisjetunge tidsskriftet Nature. Artikkelen ble trukket tilbake i september 2022 etter at det ble reist spørsmål om måten dataene i papiret ble behandlet og analysert på. Forfatterne fastholder at rådataene gir sterk støtte for påstandene deres, men replikering av eksperimentet deres har ikke blitt oppnådd.
LK-99 etterspill
Så hva betyr LK-99 for deg? Akkurat i dette øyeblikket, sannsynligvis ikke mye, med mindre du vil falle ned i et fysisk kaninhull på X og bli fanget av øyeblikket. I nær fremtid, kanskje ikke mye heller.
Å gjenskape LK-99-eksperimentene har i stor grad vist seg å være en byste. To studier utført av to separate forskningsgrupper og lagt ut på arXiv 31. juli klarte ikke å gjenskape den sørkoreanske forskningen. Noen av superledningsoppførselen til materialet ble sett i svært små prøver av kinesiske forskere, bemerket Wang.
Med spenning over feberhøyden på det tidspunktet skyndte teoretiske studier seg for å prøve å forklare LK-99s egenskaper.
Sinéad Griffin, en fysiker ved Lawrence Berkeley National Laboratory, ga en analyse av LK-99s evner ved å bruke superdatamaskinsimuleringer. (Griffins innlegg på X ble ledsaget av et meme av Barack Obama som droppet mikrofonen.) Denne studien ble også lagt ut på arXiv som et forhåndstrykk.
Fysikere som veide inn i Griffins arbeid var kyniske om mic-drop-referansen og var ikke overbevist om at den ga noe solid bevis for superledning. Griffin selv klargjorde resultatene sine i en X-tråd og sa at det verken beviste eller ga bevis for superledning i materialet, men viste interessante strukturelle og elektroniske egenskaper som har fellestrekk med høytemperatur-superledere (det vil si godt over minus 452 grader). Fahrenheit, men langt, langt, langt under romtemperatur).
I midten av august siterte en artikkel i tidsskriftet Nature flere bevis på at LK-99 ikke er en superleder, inkludert et eksperiment som gjengir den delvise levitasjonen ved å bruke et materiale som ikke er en superleder. Den siterte Inna Vishik, en eksperimentell med kondensert materie ved University of California, Davis: “Jeg tror ting er ganske avgjørende avgjort på dette tidspunktet.”
Selv om LK-99 i seg selv ikke er den hellige gral, kan det være et interessant materiale i seg selv, som åpner for mulighetene for å søke etter romtemperatur-superledere på nye, uventede måter. Hvis en eller annen måte til slutt det gjorde føre til en romtemperatur superleder, så kan mulighetene egentlig åpne opp.
Giuseppe Tettamanzi, en universitetslektor ved University of Adelaides skole for kjemiteknikk, bemerker at forskere i svært lang tid har tenkt på å erstatte strømnettets kobberkabler med superledende kabler – en bryter som kan gi enorme energibesparelser. Han nevner også fordelene med kvantedatamaskiner og transport.
“Himmelen er grensen her,” sa han.
Å se vitenskap i aksjon er spennende, og lidenskapen for LK-99 var en ganske fin forandring på X-feeden, i hvert fall for meg. Men vitenskapen, i aksjon, tar tid, og den bør ikke trekke konklusjoner om verdensforandrende konsekvenser. Derfor er replikatorenes arbeid så viktig.