«Κάτι δεν πάει καλά»:Η μελέτη υπεραγωγιμότητας θερμοκρασίας δωματίου αποσύρθηκε
Το 2020, ο Ranga Dias, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Rochester, και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν ένα συγκλονιστικό αποτέλεσμα στο Nature , φιγουράρει στο εξώφυλλό του. Ισχυρίστηκαν ότι ανακάλυψαν έναν υπεραγωγό σε θερμοκρασία δωματίου:ένα υλικό στο οποίο το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει χωρίς τριβές χωρίς να χρειάζονται ειδικά συστήματα ψύξης. Αν και ήταν απλώς ένα κομμάτι άνθρακα, θείου και υδρογόνου που σφυρηλατήθηκε κάτω από ακραίες πιέσεις, η ελπίδα ήταν ότι κάποια μέρα το υλικό θα οδηγούσε σε παραλλαγές που θα επέτρεπαν δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς απώλειες και φθηνούς μαγνήτες για μηχανές μαγνητικής τομογραφίας, σιδηροδρόμους maglev, σπαστήρες ατόμων και σύντηξη αντιδραστήρες.
Η πίστη στο αποτέλεσμα πλέον εξατμίζεται. Τη Δευτέρα Φύση απέσυρε τη μελέτη, επικαλούμενη ζητήματα δεδομένων που έθεσαν άλλοι επιστήμονες τα τελευταία 2 χρόνια, τα οποία υπονόμευσαν την εμπιστοσύνη σε ένα από τα δύο βασικά σημάδια υπεραγωγιμότητας που είχε ισχυριστεί η ομάδα του Ντίας. «Υπήρχαν πολλές ερωτήσεις σχετικά με αυτό το αποτέλεσμα εδώ και λίγο καιρό», λέει ο James Hamlin, ένας πειραματικός φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο της Φλόριντα. Όμως ο Χόρχε Χιρς, θεωρητικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Ντιέγκο (UCSD), και επί μακρόν κριτικός της μελέτης, λέει ότι η ανάκληση δεν φτάνει αρκετά. Πιστεύει ότι παρακάμπτει αυτό που λέει ότι είναι απόδειξη επιστημονικής ανάρμοστης συμπεριφοράς. «Νομίζω ότι αυτό είναι ένα πραγματικό πρόβλημα», λέει. "Δεν μπορείτε να το αφήσετε ως "Ω, είναι μια διαφορά απόψεων."
Η ανάκληση ήταν ασυνήθιστη σε αυτό το Φύση Οι συντάκτες έκαναν το βήμα για την ένσταση και των εννέα συγγραφέων της εφημερίδας. «Είμαστε δίπλα στη δουλειά μας και έχει επαληθευτεί πειραματικά και θεωρητικά», λέει ο Ντίας. Ο Ashkan Salamat, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Νεβάδα, στο Λας Βέγκας, και ένα άλλο ανώτερο μέλος της συνεργασίας, επισημαίνει ότι η ανάκληση δεν αμφισβητεί την πτώση της ηλεκτρικής αντίστασης - το πιο σημαντικό μέρος οποιουδήποτε ισχυρισμού υπεραγωγιμότητας. Προσθέτει, «Είμαστε μπερδεμένοι και απογοητευμένοι στη λήψη αποφάσεων από την Φύση συντακτική επιτροπή."
Η ανάκληση έρχεται ακόμη και όταν δημιουργείται ενθουσιασμός για την κατηγορία των υπεραγώγιμων υλικών που ονομάζονται υδρίδια, η οποία περιλαμβάνει το ανθρακικό θείο υδρίδιο (CSH) που αναπτύχθηκε από την ομάδα του Dias. Υπό πιέσεις μεγαλύτερες από ό,τι στο κέντρο της Γης, το υδρογόνο πιστεύεται ότι συμπεριφέρεται σαν ένα υπεραγώγιμο μέταλλο. Η προσθήκη άλλων στοιχείων στο υδρογόνο—δημιουργώντας μια δομή υδριδίου—μπορεί να αυξήσει τη «χημική πίεση», μειώνοντας την ανάγκη για εξωτερική πίεση και καθιστώντας την υπεραγωγιμότητα προσβάσιμη σε μικρές εργαστηριακές μέγκες που ονομάζονται κυψέλες διαμαντιού άκμονα. Όπως λέει η Lilia Boeri, θεωρητική φυσικός στο Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης, «αυτά τα υδρίδια είναι ένα είδος υλοποίησης μεταλλικού υδρογόνου σε ελαφρώς χαμηλότερη πίεση».
Το 2015, ο Mikhail Eremets, ένας πειραματικός φυσικός στο Ινστιτούτο Χημείας Max Planck, και οι συνεργάτες του ανέφεραν το πρώτο υπεραγώγιμο υδρίδιο:ένα μείγμα υδρογόνου και θείου που, κάτω από τεράστιες πιέσεις, παρουσίασε απότομη πτώση της ηλεκτρικής αντίστασης σε κρίσιμη θερμοκρασία (Tc ) 203 K (–70°C). Αυτή δεν ήταν πουθενά κοντά σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά θερμότερη από την Tc για τα περισσότερα υπεραγώγιμα υλικά. Μερικοί θεωρητικοί σκέφτηκαν ότι η προσθήκη ενός τρίτου στοιχείου στο μείγμα θα έδινε στους ερευνητές μια νέα μεταβλητή για να παίξουν, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να πλησιάσουν περισσότερο τις πιέσεις του περιβάλλοντος - ή τις θερμοκρασίες δωματίου. Για το 2020 Φύση χαρτί, ο Ντίας και οι συνεργάτες του πρόσθεσαν άνθρακα, συνθλίβουν το μείγμα σε μια κυψέλη άκμονα διαμαντιού και το θερμάνουν με λέιζερ για να δημιουργήσουν μια νέα ουσία. Ανέφεραν ότι οι δοκιμές έδειξαν απότομη πτώση της αντίστασης σε Tc 288 K (15°C) -περίπου θερμοκρασία δωματίου- και πίεση 267 gigapascal, περίπου το 75% της πίεσης στο κέντρο της Γης.
Αλλά σε ένα πεδίο που έχει δει πολλούς ισχυρισμούς υπεραγωγιμότητας να έρχονται και να παρέρχονται, μια πτώση της αντίστασης από μόνη της δεν θεωρείται επαρκής. Ο χρυσός κανόνας είναι να παρέχει στοιχεία για ένα άλλο βασικό χαρακτηριστικό των υπεραγωγών:την ικανότητά τους να αποβάλλουν ένα εφαρμοσμένο μαγνητικό πεδίο όταν διασχίζουν την Tc και γίνονται υπεραγώγιμοι. Η μέτρηση αυτού του αποτελέσματος σε ένα κύτταρο άκμονα διαμαντιού δεν είναι πρακτική, έτσι οι πειραματιστές που εργάζονται με υδρίδια συχνά μετρούν μια σχετική ποσότητα που ονομάζεται «μαγνητική ευαισθησία». Ακόμη και τότε πρέπει να αντιμετωπίσουν μικροσκοπικά καλώδια και δείγματα, τεράστιες πιέσεις και ένα μαγνητικό σήμα φόντου από μεταλλικά παρεμβύσματα και άλλα πειραματικά εξαρτήματα. «Είναι σαν να προσπαθείς να δεις ένα αστέρι όταν ο Ήλιος είναι έξω», λέει ο Hamlin.
Τα δεδομένα μαγνητικής επιδεκτικότητας της μελέτης ήταν αυτά που οδήγησαν στην ανάκληση. Τα μέλη της ομάδας ανέφεραν ότι εμφανίστηκε ένα σήμα ευαισθησίας αφού αφαίρεσαν ένα σήμα παρασκηνίου, αλλά δεν συμπεριέλαβαν ανεπεξέργαστα δεδομένα. Η παράλειψη απογοήτευσε τους επικριτές, οι οποίοι επίσης παραπονέθηκαν ότι η ομάδα βασίστηκε σε ένα υπόβαθρο «καθορισμένο από τον χρήστη» - ένα υποτιθέμενο υπόβαθρο και όχι σε ένα μετρημένο υπόβαθρο. Αλλά ο Salamat λέει ότι το να βασίζεσαι σε ένα υπόβαθρο που ορίζεται από τον χρήστη είναι συνηθισμένο στη φυσική υψηλής πίεσης, επειδή το υπόβαθρο είναι τόσο δύσκολο να μετρηθεί πειραματικά.
Σε απάντηση σε ορισμένες από τις επικρίσεις, οι Dias και Salamat το 2021 δημοσίευσαν μια εργασία στον διακομιστή προεκτύπωσης της φυσικής arXiv. Περιείχε ακατέργαστα δεδομένα ευαισθησίας και υποτίθεται ότι εξηγούσε πώς αφαιρέθηκε το φόντο. «Έγινε περισσότερα ερωτήματα από όσα απάντησε», λέει ο Brad Ramshaw, φυσικός κβαντικών υλικών στο Πανεπιστήμιο Cornell. «Η διαδικασία μετάβασης από τα ακατέργαστα δεδομένα στα δημοσιευμένα δεδομένα ήταν απίστευτα αδιαφανής».
Ο Hirsch, ένας πυροσβέστης που έχει επικρίνει άλλους ισχυρισμούς υπεραγωγιμότητας υδριδίου, έχει διατυπώσει ισχυρότερες κατηγορίες. Λέει ότι ορισμένα από τα δημοσιευμένα δεδομένα που παρουσιάζονται από τους Dias και Salamat θα μπορούσαν να αντιπροσωπεύονται από μια ομαλή πολυωνυμική καμπύλη - αδύνατη για θορυβώδεις εργαστηριακές μετρήσεις. «Νομίζω ότι ήταν κατασκευασμένα», λέει ο Hirsch. Σημείωσε επίσης ύποπτες ομοιότητες με τα δεδομένα σε μια Physical Review Letters το 2009 χαρτί για την υπεραγωγιμότητα στο ευρώπιο υπό υψηλές πιέσεις. Αυτή η μελέτη, η οποία μοιράστηκε έναν συγγραφέα με το Nature χαρτί, ανακλήθηκε πέρυσι λόγω ανακριβών δεδομένων μαγνητικής επιδεκτικότητας.
Σε προεκτυπώσεις, ο Hirsch συνέχιζε να σφυρηλατεί τη μελέτη Dias — τόσο έντονα που τον Φεβρουάριο, του απαγορεύτηκε προσωρινά να δημοσιεύει στο arXiv. Διαμαρτυρήθηκε επίσης στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ, το οποίο σε δύο έρευνες δεν βρήκε στοιχεία επιστημονικής ανάρμοστης συμπεριφοράς. Αυτό το μήνα, ο Hirsch και ένας άλλος κριτικός, ο Dirk van der Marel, ένας φυσικός συμπυκνωμένης ύλης στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης, δημοσίευσαν το συμπέρασμά τους ότι τα δεδομένα ευαισθησίας στη μελέτη Dias είναι «παθολογικά». Ο Van der Marel ενθουσιάζεται από τη Φύση ανάκληση. «Είναι καλό να ξέρεις ότι δεν είσαι μόνος που πιστεύεις ότι κάτι δεν πάει καλά», λέει.
Ο Ντίας λέει ότι η ομάδα σχεδιάζει να υποβάλει εκ νέου το έγγραφο στο Nature χωρίς καμία αφαίρεση φόντου? λέει ότι τα ακατέργαστα δεδομένα δείχνουν από μόνα τους την αλλαγή στη μαγνητική επιδεκτικότητα. Ο Salamat σημειώνει επίσης ότι ο Hirsch και ο Van der Marel δεν είναι πειραματιστές υψηλής πίεσης. «Πιστεύουμε ότι ορισμένες από τις ενέργειές τους έχουν μετατραπεί σε προσωπικές επιθέσεις», λέει. «Απλώς δεν θα κάνουμε τους ανθρώπους να μας ρίχνουν λάσπη από απόσταση». Ο Ντίας έστειλε επιστολές «παύσης και παραίτησης» στον Van der Marel και στον πρόεδρο του τμήματος και τον πρύτανη του Hirsch στο UCSD.
Ο Eremets λέει ότι η μελέτη Dias μπορεί να εξακολουθεί να έχει δίκιο σχετικά με την CSH. Αλλά έχει προσπαθήσει τουλάχιστον έξι φορές να επαναλάβει τα αποτελέσματα και απέτυχε. Αν και η ομάδα του Dias μοιράστηκε τα βασικά του πειραματικού πρωτοκόλλου, ο Eremets λέει ότι ήταν λιγότερο πρόθυμοι στις λεπτομέρειες, όπως τον τύπο άνθρακα που χρησιμοποίησαν στο μείγμα CSH. Ο Boeri συμφωνεί. "Υπάρχουν πολλοί άνθρωποι που είναι πολύ πιο προσεκτικοί και μοιράζονται τα δεδομένα και μοιράζονται τα δείγματα", λέει.
Ο Salamat λέει ότι οι συνάδελφοι είναι ευπρόσδεκτοι να έρθουν στα εργαστήριά τους και να παρατηρήσουν τις μεθόδους και τα πρωτόκολλά τους. «Έχουμε πολιτική ανοιχτών θυρών». Και επισημαίνει μια αντιγραφή CSH που δημοσιεύτηκε τον Ιούλιο. Ωστόσο, οι κριτικοί αμφισβητούν την ανεξαρτησία του, επειδή καθοδηγούνταν από την ομάδα του Salamat και περιλαμβάνει πολλούς από τους ίδιους συγγραφείς με το Nature χαρτί.
Ο Ντίας και ο Σαλαμάτ δεν αργούν. Το δίδυμο έχει συνιδρυθεί μια εταιρεία, η Unearthly Materials, για να επιδιώξει εμπορικούς υπεραγωγούς σε θερμοκρασία δωματίου. Σε συνέδρια αυτό το καλοκαίρι, ο Dias παρουσίασε ισχυρισμούς υπεραγωγιμότητας σε νέες ενώσεις υδριδίου. Αν και αρνήθηκε να σχολιάσει αυτούς τους ισχυρισμούς έως ότου δημοσιευτούν, λέει, «Έχουμε προχωρήσει από το έργο του 2020». Ο Salamat προσθέτει, "Βρισκόμαστε στον γκρεμό μιας νέας εποχής υπεραγωγιμότητας υψηλής θερμοκρασίας."
Ο Eremets είναι δύσπιστος ότι οι νέοι υπεραγωγοί του Dias θα σταθούν στο ύψος του ελέγχου. "Πώς είναι αυτό δυνατόν? Ό,τι αγγίζει γίνεται χρυσός». Αλλά είναι βέβαιος ότι το υπομονετικό έργο της επιστήμης, που στηρίζεται σε επίπονη αντιγραφή, θα ταξινομήσει την πραγματική υπόσχεση των υδριδίων από τους αμφισβητούμενους ισχυρισμούς. «Η επιστήμη δεν φοβάται αυτά τα πράγματα», λέει. "Η αλήθεια, αργά ή γρήγορα, θα έρθει."
