„Нещо не е наред“: Изследването на свръхпроводимостта при стайна температура е оттеглено | Наука


През 2020 г. Ранга Диас, физик от университета в Рочестър, и колегите му публикуваха сензационен резултат в Природата, представен на корицата му. Те твърдят, че са открили свръхпроводник със стайна температура: материал, в който електрическият ток тече без триене, без да има нужда от специални охладителни системи. Въпреки че беше само прашинка от въглерод, сяра и водород, изкована при екстремни налягания, надеждата беше, че някой ден материалът ще доведе до варианти, които ще позволят електрически мрежи без загуби и евтини магнити за машини за ядрено-магнитен резонанс, магнитни железници, атомни разбивачи и синтез реактори.

Вярата в резултата вече се изпарява. В понеделник Природата оттегли проучването, цитирайки проблеми с данните, повдигнати от други учени през последните 2 години, които подкопаха доверието в един от двата ключови признака на свръхпроводимост, твърдяни от екипа на Диас. „От известно време има много въпроси относно този резултат“, казва Джеймс Хамлин, експериментален физик на кондензираната материя в Университета на Флорида. Но Хорхе Хирш, теоретичен физик от Калифорнийския университет в Сан Диего (UCSD) и дългогодишен критик на изследването, казва, че оттеглянето не стига достатъчно далеч. Той вярва, че това прикрива това, което според него е доказателство за научно нарушение. „Мисля, че това е истински проблем“, казва той. „Не можете да го оставите като „О, това е разлика в мненията.““

Оттеглянето беше необичайно в това отношение Природата редакторите предприеха крачка след възражението на всичките девет автори на статията. „Ние стоим зад работата си и тя е проверена експериментално и теоретично“, казва Диас. Ашкан Саламат, физик от Университета на Невада, Лас Вегас, и друг старши член на сътрудничеството, посочва, че оттеглянето не поставя под въпрос спада в електрическото съпротивление – най-важната част от всяко твърдение за свръхпроводимост. Той добавя: „Ние сме объркани и разочаровани от вземането на решения от Природата редакционна колегия.”

Оттеглянето идва дори когато вълнението се натрупва за класа свръхпроводящи материали, наречени хидриди, който включва въглеродния серен хидрид (CSH), разработен от екипа на Диас. Смята се, че при налягане, по-голямо от това в центъра на Земята, водородът се държи като свръхпроводим метал. Добавянето на други елементи към водорода – създаване на хидридна структура – може да увеличи “химическото налягане”, намалявайки необходимостта от външно налягане и правейки свръхпроводимостта постижима в малки лабораторни менгемета, наречени клетки с диамантена наковалня. Както Лилия Боери, теоретичен физик от университета Сапиенца в Рим, казва: „Тези хидриди са нещо като реализация на метален водород при малко по-ниско налягане.“

През 2015 г. Михаил Еремец, експериментален физик в Института по химия Макс Планк, и колегите му съобщават за първия свръхпроводящ хидрид: смес от водород и сяра, която при огромни налягания проявява рязък спад в електрическото съпротивление при критична температура (Tc ) от 203 K (–70°C). Това не беше далеч от стайната температура, но беше по-топло от Tc за повечето свръхпроводящи материали. Някои теоретици смятаха, че добавянето на трети елемент към сместа ще даде на изследователите нова променлива, с която да си поиграят, позволявайки им да се доближат до налягането на околната среда или стайните температури. За 2020г Природата хартия, Диас и колегите му добавят въглерод, раздробяват сместа в клетка с диамантена наковалня и я нагряват с лазер, за да създадат ново вещество. Те докладвани че тестовете показват рязък спад на съпротивлението при Tc от 288 K (15°C) – приблизително стайна температура – ​​и налягане от 267 гигапаскала, около 75% от налягането в центъра на Земята.

Но в област, в която се появяват и изчезват много твърдения за свръхпроводимост, спадът на съпротивлението сам по себе си не се счита за достатъчен. Златният стандарт е да предостави доказателство за друг ключов атрибут на свръхпроводниците: тяхната способност да изхвърлят приложено магнитно поле, когато пресичат Tc и станат свръхпроводящи. Измерването на този ефект в клетка с диамантена наковалня е непрактично, така че експериментаторите, работещи с хидриди, често измерват свързано количество, наречено „магнитна чувствителност“. Дори тогава те трябва да се борят с малки жици и проби, огромно налягане и фонов магнитен сигнал от метални уплътнения и други експериментални компоненти. „Сякаш се опитвате да видите звезда, когато слънцето е излязло“, казва Хамлин.

Данните за магнитната чувствителност на изследването доведоха до оттеглянето. Членовете на екипа съобщиха, че сигнал за чувствителност се е появил, след като са извадили фонов сигнал, но не са включили необработени данни. Пропускът разочарова критиците, които също се оплакаха, че екипът разчита на „дефиниран от потребителя“ фон – предполагаем фон, а не измерен. Но Саламат казва, че разчитането на дефиниран от потребителя фон е обичайно във физиката на високо налягане, тъй като фонът е толкова труден за експериментално измерване.

В отговор на някои от критиките, Диас и Саламат през 2021г публикува хартия към сървъра за предпечат на физика arXiv. Той съдържа необработени данни за чувствителност и се предполага, че обяснява как фонът е бил изваден. „Това повдигна повече въпроси, отколкото отговори“, казва Брад Рамшоу, физик на квантовите материали в университета Корнел. „Процесът на преминаване от необработените данни към публикуваните данни беше невероятно непрозрачен.“

Хирш, огнестрелец, който критикува други твърдения за хидридна свръхпроводимост, отправи по-сериозни обвинения. Той казва, че някои от публикуваните данни, представени от Диас и Саламат, могат да бъдат представени чрез гладка полиномна крива – невъзможно за шумни лабораторни измервания. „Мисля, че са изфабрикувани“, казва Хирш. Той също така отбеляза подозрителни прилики с данни от 2009 г Писма за физически преглед доклад за свръхпроводимостта в европий при високи налягания. Това проучване, което споделя един автор с Природата хартия, беше оттеглено миналата година поради неточни данни за магнитната чувствителност.

В предварителните отпечатъци Хирш продължи да налага удари върху изследването на Диас – толкова силно, че през февруари му беше временно забранено да публикува в arXiv. Той също се оплака на университета в Рочестър, който в две разследвания не откри доказателства за научно нарушение. Този месец Хърш и друг критик, Дирк ван дер Марел, физик на кондензираната материя в Женевския университет, публикуваха своето заключение че данните за чувствителността в проучването Dias са „патологични“. Ван дер Марел е окуражен от Природата прибиране. „Хубаво е да знаете, че не сте сами, вярвайки, че нещо не е наред“, казва той.

Диас казва, че екипът планира да предаде документа на Природата без изваждане на фона; той казва, че само необработените данни показват промяната в магнитната чувствителност. Саламат също отбелязва, че Хирш и Ван дер Марел не са експериментатори с високо налягане. „Вярваме, че някои от действията им са се превърнали в лични атаки“, казва той. „Просто няма да караме хората да ни хвърлят кал от разстояние.“ Диас изпрати писма „прекратяване и отказ“ до Ван дер Марел и до ръководителя на отдела на Хирш и декана в UCSD.

Eremets казва, че проучването на Dias все още може да е правилно за CSH. Но той се опита поне шест пъти да повтори резултатите и не успя. Въпреки че екипът на Диас е споделил основите на своя експериментален протокол, Ереметс казва, че са били по-малко откровени в подробностите, като например какъв тип въглерод са използвали в тяхната CSH смес. Boeri се съгласява. „Има много хора, които са много по-внимателни и споделят данните и пробите“, казва тя.

Саламат казва, че колегите са добре дошли да идват в техните лаборатории и да наблюдават техните методи и протоколи. „Имаме политика на отворени врати.“ И той посочва a CSH репликация публикуван през юли. Критиците обаче поставят под съмнение нейната независимост, тъй като е ръководена от групата на Саламат и включва много от същите автори като Природата хартия.

Диас и Саламат не намаляват. Дуото е съосновател на компания Unearthly Materials, за да преследва търговски свръхпроводници със стайна температура. На конференции това лято Диас представи твърдения за свръхпроводимост в нови хидридни съединения. Въпреки че отказа да коментира тези твърдения, докато не бъдат публикувани, той казва: „Преминахме от работата за 2020 г.“ Саламат добавя: „Ние сме на прага на нова ера на високотемпературна свръхпроводимост.“

Еремец е скептичен, че новите свръхпроводници на Диас ще издържат на проверката. “Как е възможно? Всичко, до което се докосне, се превръща в злато.” Но той е уверен, че търпеливата научна работа, подкрепена от старателно копиране, ще отдели истинското обещание на хидридите от съмнителните твърдения. „Науката не се страхува от тези неща“, казва той. “Истината рано или късно ще дойде.”