- Varios equipos de investigación, incluido el Argonne National Laboratory, han comenzado experimentos de reproducción sobre la afirmación del equipo del Quantum Energy Research Centre de Corea de un superconductor a temperatura y presión ambiente, pero los físicos reaccionan con cautela debido a los detalles del artículo y a la calidad de los datos.
- Dos preprints no revisados por pares publicados en arXiv el 22 de julio afirman que un material basado en plomo, oxígeno y fósforo dopado con cobre conduce corriente sin resistencia a presión ambiente hasta al menos 400K.
- La evidencia se basa en datos que apuntan a superconductividad, como resistencia cero y expulsión del campo magnético, pero algunos especialistas consideran que la forma de presentar los datos es torpe y que la explicación física no es suficiente.
- El escepticismo se concentra en que el material de partida, la apatita de plomo, es un mineral no conductor; en que la sustitución con cobre difícilmente cambiaría de forma drástica sus propiedades eléctricas; y en que los pesados átomos de plomo podrían dificultar la formación de pares de electrones.
- El criterio decisivo será la reproducibilidad: aunque la apatita de plomo en sí es un material bien conocido, la síntesis sólida multietapa de pequeña escala durante 4 días no es tan simple como sugieren algunas reacciones en redes sociales.
La afirmación de un superconductor a temperatura y presión ambiente y la carrera por reproducirla
- Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim y sus colegas del Quantum Energy Research Centre de Corea publicaron el 22 de julio dos preprints relacionados.
- La afirmación central es que un material basado en plomo, oxígeno y fósforo dopado con cobre muestra superconductividad a presión ambiente hasta al menos 400K, por encima del punto de ebullición del agua.
- Si fuera cierto, podría representar un gran descubrimiento para la física de la materia condensada y abrir posibilidades tecnológicas como vehículos de levitación y redes eléctricas extremadamente eficientes.
- Sin embargo, los artículos carecen de detalles, por lo que varios físicos se muestran escépticos respecto a los datos y a la forma en que fueron presentados.
- Varios equipos, incluido el Argonne National Laboratory, ya están fabricando este material e intentando reproducir el experimento.
Por qué los superconductores son importantes
- Los superconductores son materiales capaces de transportar corriente eléctrica sin resistencia.
- Los grandes electroimanes de los equipos de MRI están hechos con cables superconductores y, gracias al flujo de corriente sin resistencia, pueden generar campos magnéticos intensos sin calentamiento ni enorme consumo de energía.
- Los superconductores se usan en diversos campos, desde filtros de frecuencia para comunicaciones inalámbricas hasta aceleradores de partículas.
- En los sólidos cristalinos comunes, los electrones no se mueven con facilidad porque chocan con los átomos vibrantes de la red.
- Algunos materiales, a temperaturas lo bastante bajas, forman pares de electrones débilmente ligados, y las vibraciones de la red a baja temperatura no son lo bastante fuertes como para romper esos pares, lo que permite que los electrones se desplacen sin obstáculos.
El contexto de los superconductores convencionales y los de alta temperatura
- Varios metales elementales y aleaciones, como plomo, mercurio, niobio y estaño, se vuelven superconductores cuando se enfrían hasta cerca del cero absoluto.
- En la década de 1950, los físicos explicaron que, en los superconductores convencionales, las vibraciones de la red actúan como el pegamento que forma pares de electrones.
- En la década de 1980, se confirmó que compuestos complejos con capas de cobre y oxígeno mostraban superconductividad hasta 133K.
- Más tarde, también se descubrió que compuestos con capas de hierro y arsénico podían mostrar superconductividad a temperaturas casi igual de altas.
- Más recientemente, también hubo afirmaciones controvertidas de superconductividad a temperatura ambiente en compuestos con hidrógeno, azufre y carbono bajo alta presión.
La evidencia presentada por el equipo coreano
- Los preprints afirman que un material hecho de elementos comunes como plomo, oxígeno y fósforo se convierte en el superconductor definitivo cuando se “seasoned” o se dopa con cobre.
- Según la afirmación, después de hornear la muestra, esta podría dejarse sobre una mesa de laboratorio a temperatura y presión ambiente y aun así conducir corriente sin resistencia.
- El equipo presentó datos en los que la resistencia cae a 0, junto con datos que parecen mostrar que el material expulsa el campo magnético.
- La expulsión del campo magnético se considera una señal importante al evaluar la superconductividad.
- Esos preprints no han pasado por revisión por pares y, ante una solicitud de comentarios de Science, el equipo no respondió.
Por qué los físicos dudan
- Michael Norman cree que los autores del artículo parecen no saber mucho sobre superconductividad y que algunas formas de presentar los datos también resultan sospechosas.
- El primer problema es que el material previo al dopaje, la apatita de plomo, no es un metal sino un mineral no conductor.
- Eso hace pensar que no es un punto de partida prometedor para crear un superconductor.
- El segundo problema es que la estructura electrónica de los átomos de plomo y de cobre es similar, por lo que sustituir parte del plomo por cobre difícilmente cambiaría mucho las propiedades eléctricas.
- Norman lo expresa, en esencia, como: “Si empiezas con una piedra, debería seguir saliendo una piedra”.
- El tercer problema es que los átomos de plomo son muy pesados, lo que puede suprimir las vibraciones de la red y dificultar aún más la formación de pares de electrones.
- Nadya Mason considera positivo que el equipo haya obtenido datos adecuados y presentado la técnica de fabricación con relativa claridad, pero evalúa que los datos en sí son algo toscos.
El mecanismo propuesto y las dudas pendientes
- Los artículos no ofrecen una explicación sólida de qué física estaría actuando dentro del material.
- El equipo especula que el dopaje deforma ligeramente largas cadenas naturales de átomos de plomo y que la superconductividad podría surgir a lo largo de estos canales unidimensionales.
- Norman considera sorprendente esta afirmación, dado que los sistemas unidimensionales por lo general no generan superconductividad.
- El desorden introducido por el dopaje también deja otra duda, ya que debería suprimir aún más la superconductividad.
- Mason señala que Lee y Kim sugirieron que podría haber un patrón ondulatorio de carga dentro de las cadenas, y patrones de carga similares ya se han observado antes en superconductores de alta temperatura.
La reproducción experimental será el criterio decisivo
- La pregunta clave es si otros equipos pueden reproducir las mismas observaciones.
- Norman cree que, como la apatita de plomo es un material bien conocido, otros equipos también podrán sintetizarla.
- Aun así, el proceso de síntesis no es tan sencillo como sugieren algunas reacciones en redes sociales.
- Jennifer Fowlie señaló que una “síntesis sólida multietapa de pequeña escala durante 4 días” se está percibiendo como si fuera algo extrañamente fácil.
- Los físicos planean poner a prueba esta afirmación con gran rapidez.
- Norman dijo: “Si esto es real, lo sabremos en una semana”.
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Me parece realmente genial que en todo este proceso no haya intervenido para nada ninguna editorial científica. El artículo se subió a arXiv, surgió la polémica y ahora un laboratorio nacional lo está revisando, todo sin pasar por el envío a una revista académica.
Las revistas académicas empezaron originalmente para distribuir mejor los trabajos que cuando los investigadores se los enviaban entre sí por correo. arXiv es bueno para la revisión por pares, y los trabajos realmente están publicados para que los colegas puedan revisarlos, no detrás de un muro de pago.
Ir más allá y usar OpenReview sería bueno porque permite seguir las discusiones, pero cualquiera que haya publicado investigación como código abierto sabe que puede ensuciarse rápido con una avalancha de preguntas como “el modelo entrenó, ¿pero cómo lo pruebo?” o “¿cómo arreglo el error de falta de memoria de CUDA?”. arXiv y los preprints también son espacios para la revisión por pares.
Los experimentos y los procesos son difíciles y muy delicados. Es como esperar fabricar materiales a nanoescala mediante un proceso macroscópico, y a veces la química se siente como fabricar un microchip con un martillo de bola. Es del estilo: “si lo golpeas 70 veces durante 30 segundos en 3.8 mL de acetona, se forma una estructura monocristalina. No lo golpees 71 veces ni 69”.
Los químicos son expertos en describir procedimientos con claridad y, aun así, omitir detalles clave que parecen insignificantes pero que a un experimentador hábil pueden tomarle uno o dos años descubrir. Además, este procedimiento ni siquiera está claramente organizado.
El mejor escenario es que aficionados motivados intenten sintetizar el material y vean que funciona de una forma menos perfecta de lo previsto. Después valdrá la pena apostar por la paciencia y el rigor de repetir lo mismo durante 5, 10 o 150 semanas para determinar si el problema es de la naturaleza o de la técnica.
No quiero decir que esto sea el mismo fracaso, pero hace 34 años no fue por arXiv, sino por una conferencia de prensa y la circulación de borradores.
Soy muy escéptico, pero cuando se trata de fenómenos que parecen accidentales, es más importante la verificación de la afirmación original que la reproducción en sí.
Habría que enviar equipos y personal de laboratorios independientes al lugar, o enviar muestras del material a laboratorios independientes para que las verifiquen. Si el milagro es real, deberían poder realizar análisis de materiales como espectroscopía y difracción de rayos X, además de varias pruebas.
Quizá una contaminación específica causada por descuido cumplió todas las condiciones y provocó un accidente que lo hizo parecer un superconductor; en ese caso, otros podrían no poder reproducirlo fácilmente.
Las transformaciones involuntarias de Jekyll se hicieron cada vez más frecuentes, requerían más suero para revertirse y, al final, se agotó la sal que usaba en el suero; los lotes hechos con nuevas existencias no funcionaban. Jekyll sospechó que el material original tenía alguna impureza que producía el efecto.
https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
La gente parece sentir que es bastante fácil de fabricar, pero en cualquier caso, si hay una muestra, se puede comprobar si tiene las propiedades afirmadas y analizar de qué está hecha.
Dicho eso, aunque no sé por completo qué es posible en un laboratorio de física de estado sólido, con el laboratorio y el equipo adecuados fabricar este material no parece algo terriblemente difícil. Espero que pronto sepamos cuál de las dos opciones es.
Si no pueden fabricarlo una segunda vez, el asunto queda resuelto. Volver a correr todo requeriría mucho tiempo y dinero, pero parece que todo el planeta está listo para aportar los recursos necesarios.
La única parte relevante del artículo es el pasaje que dice que “investigadores de Argonne y otros lugares ya están intentando reproducir el experimento, y la gente de aquí lo está tomando en serio e intenta cultivar este material”.
El título enviado es un título muy editado, y de ninguna manera implica que haya un esfuerzo organizado en Argonne.
De hecho, la expresión “lo toman en serio” es más fuerte, y el título enviado más bien lo vende un poco menos.
Tomaron una parte clave del artículo como título, y en HN eso es común. El subtítulo solo dice lo que ya sabemos: “hay mucho escepticismo”. Al menos para algunas personas, incluyéndome, era nuevo que laboratorios legítimos del gobierno de EE. UU. estuvieran investigándolo, y eso tiene valor noticioso.
La parte en la que Norman se queja de que los átomos de plomo son demasiado pesados no parece encajar muy bien con la composición de otros superconductores conocidos. Hasta donde sé, el superconductor de óxido de cobre más usado es BSCCO, y también se usó en la primera línea eléctrica superconductora del mundo
https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
También es rara la afirmación de que “como los átomos de plomo y cobre tienen estructuras electrónicas similares, sustituir algunos átomos de plomo por átomos de cobre no debería afectar mucho las propiedades eléctricas”. El ion de plomo(II) propuesto tiene un número par de electrones, mientras que el cobre(II) tiene un número impar. Si hubiera cobre(I), la propia carga sería distinta. Es una lógica muy confusa viniendo de un físico
Además, la parte de que “la apatita de plomo sin dopar no es un metal, sino un mineral no conductor” tampoco encaja con el hecho de que los superconductores de óxido de cobre y los basados en hierro no son metales. Algunos incluso son aislantes de Mott en condiciones normales
Hay razones para ser escéptico con LK-99, pero este razonamiento no es una de ellas
Parece haber una corriente entre otros científicos que considera que LK-99 no es un superconductor, sino solo un material fuertemente diamagnético
Como alguien que no es físico, me pregunto si eso por sí solo tendría utilidad. Echando un vistazo a Wikipedia, no parece haber tantos materiales fuertemente diamagnéticos, así que si se trata del descubrimiento de un material nuevo, pienso que podría ser un hallazgo importante, aunque no al punto de sacudir al mundo
Podría mostrar diamagnetismo sin superconductividad a una escala utilizable y, más aún, abrir el camino para modificar el material de modo que crezcan las regiones superconductoras. Claro que es pura especulación; lo más probable es que sea “simplemente” diamagnetismo del mismo tipo que en otros materiales, es decir, una estructura en la que todos los electrones de las partículas que componen la muestra están apareados
Hay críticas al estudio original, pero parece que publicaron los materiales con bastante seriedad para facilitar la reproducción
Nadya Mason, física de materia condensada de la University of Illinois Urbana-Champaign, valoró que los autores presentaran datos adecuados y aclararan las técnicas de fabricación, aunque advirtió que los datos se ven algo rudimentarios
Escribí un hilo bastante completo sobre la situación actual. Es un poco largo y difícil de resumir, pero está aquí
https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216
Las refutaciones de los papers enlazados, en especial que CMTC les haya puesto una F, son devastadoras. Uno de ellos, el profesor Kim de William & Mary, sí es un académico formal y tuvo un papel muy pequeño, pero cada vez más parece un resultado producido por unos cuantos excéntricos de “Q-Centre”
La mayor parte del trabajo se hizo antes de que Kim participara, y su nombre aparece solo en 1 de los 3 papers publicados hasta ahora. Es el único hilo de legitimidad en todo esto, pero es un hilo muy delgado. Los otros 5 simplemente se ven raros
El video que EEVblog publicó sobre este asunto es bastante gracioso. Si no lo vieron, está aquí: https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ
Viendo esa demo, realmente parece una forma tonta de mostrar un material milagroso, y no genera confianza
No entiendo por qué no piden analizar la muestra de superconductor que supuestamente fabricaron. Todos hablan de reproducirla siguiendo el método de fabricación, pero ¿no está la evidencia dentro del material terminado?
Para mí, lo central es que en los últimos 20 años ha habido cierto avance en este campo, de modo que una afirmación de superconductividad lo bastante cercana a temperatura ambiente ya no se descarta de inmediato
Tal vez cuando sea viejo y tenga el pelo blanco, todo se mueva por levitación magnética