- Vários grupos de pesquisa, incluindo o Argonne National Laboratory, iniciaram testes de reprodução da alegação de um supercondutor em temperatura e pressão ambientes feita por pesquisadores do coreano Quantum Energy Research Centre, mas físicos reagiram com cautela por causa dos detalhes do artigo e da qualidade dos dados
- Dois preprints sem revisão por pares publicados no arXiv em 22 de julho afirmam que um material à base de chumbo, oxigênio e fósforo dopado com cobre conduz corrente sem resistência em pressão ambiente até pelo menos 400K
- As evidências apresentadas incluem dados que indicariam resistência zero e expulsão de campo magnético, sinais associados à supercondutividade, mas alguns especialistas consideram a apresentação dos dados desajeitada e a explicação física insuficiente
- O ceticismo se concentra no fato de que a apatita de chumbo usada como material de partida é um mineral não condutor, que a substituição por cobre dificilmente mudaria drasticamente as propriedades elétricas e que átomos pesados de chumbo podem atrapalhar a formação de pares de elétrons
- O critério decisivo será a reprodução independente; a apatita de chumbo em si é um material bem conhecido, mas a síntese em estado sólido, em múltiplas etapas e pequena escala ao longo de 4 dias não é tão simples quanto as reações nas redes sociais sugerem
Alegação de supercondutor em temperatura e pressão ambientes e a corrida pela reprodução
- Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim e colegas do coreano Quantum Energy Research Centre publicaram em 22 de julho dois preprints relacionados
- A principal alegação é que um material à base de chumbo, oxigênio e fósforo dopado com cobre apresenta supercondutividade em pressão ambiente até pelo menos 400K, acima do ponto de ebulição da água
- Se for verdade, isso pode representar uma grande descoberta na física da matéria condensada e se conectar a possibilidades tecnológicas como veículos levitantes e redes elétricas extremamente eficientes
- Ainda assim, os artigos carecem de detalhes, e vários físicos estão céticos em relação aos dados e à forma como foram apresentados
- Diversos grupos, incluindo o Argonne National Laboratory, já estão tentando fabricar o material e realizar experimentos de reprodução
Por que supercondutores são importantes
- Supercondutores são materiais capazes de transportar corrente elétrica sem resistência
- Os grandes eletroímãs de equipamentos de MRI são feitos com fios supercondutores, que permitem gerar campos magnéticos intensos sem aquecimento nem enorme consumo de energia graças ao fluxo de corrente sem resistência
- Supercondutores são usados em várias áreas, de filtros de frequência para comunicação sem fio a aceleradores de partículas
- Em sólidos cristalinos comuns, os elétrons não se movem livremente porque colidem com os átomos vibrando na rede cristalina
- Em alguns materiais, em temperaturas suficientemente baixas, os elétrons formam pares de elétrons fracamente ligados, e as vibrações da rede em baixa temperatura não são fortes o bastante para quebrar esses pares, permitindo que os elétrons se movam sem interferência
O contexto dos supercondutores tradicionais e dos de alta temperatura
- Vários metais elementares e ligas, como chumbo, mercúrio, nióbio e estanho, tornam-se supercondutores quando resfriados até perto do zero absoluto
- Nos anos 1950, físicos explicaram que, nos supercondutores tradicionais, as vibrações da rede funcionam como uma espécie de cola que forma pares de elétrons
- Nos anos 1980, foi confirmado que compostos complexos contendo camadas de cobre e oxigênio exibiam supercondutividade em temperaturas de até 133K
- Depois, também se descobriu que compostos com camadas de ferro e arsênio podiam exibir supercondutividade em temperaturas quase tão altas
- Mais recentemente, também houve alegações controversas de que compostos contendo hidrogênio, enxofre e carbono apresentariam supercondutividade em temperatura ambiente sob alta pressão
As evidências apresentadas pela equipe coreana
- Os preprints afirmam que um material composto por elementos comuns como chumbo, oxigênio e fósforo se torna o supercondutor definitivo quando é “seasoned” ou dopado com cobre
- Se a alegação estiver correta, depois de cozida a amostra poderia conduzir corrente sem resistência mesmo em temperatura e pressão ambientes sobre uma bancada de laboratório
- Os pesquisadores apresentaram dados mostrando resistência igual a zero e também dados em que o material parece expulsar o campo magnético
- A expulsão de campo magnético é tratada como um sinal importante na avaliação de supercondutividade
- Os preprints não passaram por revisão por pares, e a equipe não respondeu ao pedido de comentário da Science
Por que os físicos duvidam
- Michael Norman considera que os autores parecem não saber muito sobre supercondutividade, e que parte da forma como os dados foram apresentados também é suspeita
- O primeiro problema é que a apatita de chumbo, o material antes da dopagem, não é um metal, mas sim um mineral não condutor
- Isso a torna um ponto de partida pouco promissor para produzir um supercondutor
- O segundo problema é que os átomos de chumbo e cobre têm estruturas eletrônicas parecidas, então substituir parte do chumbo por cobre dificilmente mudaria muito as propriedades elétricas
- Norman resumiu isso como algo na linha de “se você começou com pedra, ainda deve terminar com pedra”
- O terceiro problema é que os átomos de chumbo são muito pesados, o que pode suprimir as vibrações da rede e dificultar ainda mais a formação de pares de elétrons
- Nadya Mason vê com bons olhos o fato de a equipe ter obtido dados apropriados e descrito a técnica de fabricação com relativa clareza, mas avalia que os dados em si são um tanto grosseiros
O mecanismo proposto e as dúvidas que restam
- Os artigos não oferecem uma explicação sólida sobre qual física está atuando dentro do material
- Os pesquisadores especulam que a dopagem distorce levemente longas cadeias naturais de átomos de chumbo, e que a supercondutividade pode surgir ao longo desses canais unidimensionais
- Norman considera essa alegação surpreendente, já que sistemas unidimensionais em geral não produzem supercondutividade
- A desordem introduzida pela dopagem também continua sendo outra dúvida, pois deveria suprimir ainda mais a supercondutividade
- Mason observa que Lee e Kim propuseram que pode haver um padrão ondulatório de carga dentro das cadeias, e padrões de carga semelhantes já foram observados em supercondutores de alta temperatura
Os experimentos de reprodução serão o critério decisivo
- A pergunta central é se outros grupos conseguirão reproduzir as mesmas observações
- Norman acredita que, como a apatita de chumbo é um material bem conhecido, outros grupos também conseguirão sintetizá-la
- Ainda assim, o processo de síntese não é tão simples quanto algumas reações nas redes sociais sugerem
- Jennifer Fowlie apontou que uma “síntese em estado sólido, em múltiplas etapas e pequena escala ao longo de 4 dias” está sendo tratada como se fosse estranhamente fácil
- Os físicos pretendem testar essa alegação muito rapidamente
- Norman disse: “Se isso for real, vamos saber em uma semana”
1 comentários
Opiniões do Hacker News
É muito legal que editoras científicas não tenham participado de todo esse processo. O artigo foi para o arXiv, surgiu a controvérsia, e agora um laboratório nacional está analisando, tudo sem passar por submissão a periódico
Os periódicos surgiram originalmente para distribuir melhor do que o método de pesquisadores enviarem coisas uns aos outros pelo correio. O arXiv é bom para revisão por pares, e os trabalhos ficam realmente públicos, para que colegas possam analisá-los, em vez de ficarem atrás de paywall
Indo além, usar o OpenReview seria bom para acompanhar as discussões, mas quem já publicou pesquisa como open source sabe que rapidamente pode virar bagunça, com uma enxurrada de perguntas como “o modelo treinou, mas como faço os testes?” e “como corrijo erro de falta de memória CUDA?”. O arXiv e os preprints também são espaços de revisão por pares
Experimentos e processos são difíceis e extremamente delicados. É como esperar produzir materiais em nanoescala por meio de processos macroscópicos, e às vezes a química parece fabricar um microchip com um martelo bola. É do tipo: “se você bater 70 vezes durante 30 segundos em 3,8 mL de acetona, forma-se uma estrutura monocristalina. Não pode bater 71 vezes nem 69”
Químicos são especialistas em explicar procedimentos com clareza e, ao mesmo tempo, deixar de fora detalhes essenciais que parecem sem importância, mas que um experimentador experiente pode levar 1 ou 2 anos para descobrir. Além disso, o procedimento desta vez nem está organizado de forma clara
O melhor cenário é ver amadores motivados tentarem sintetizar o material e ele funcionar de uma forma menos perfeita do que o pretendido. Depois disso, vale apostar na persistência e no rigor de repetir a mesma coisa por 5, 10 ou 150 semanas para verificar se o problema está na natureza ou na técnica
Não estou dizendo que desta vez seja o mesmo fracasso, mas, 34 anos atrás, isso se deu por coletiva de imprensa e circulação de rascunhos, não pelo arXiv
Sou muito cético, mas, ao lidar com fenômenos que parecem acidentais, verificar a alegação original é mais importante do que a reprodução em si
Deveriam enviar equipamentos e pessoal de um laboratório independente ao local, ou enviar amostras do material para um laboratório independente verificar. Se o milagre for real, deve ser possível realizar análises de materiais, como espectroscopia e difração de raios X, além de vários outros testes
Talvez alguma contaminação específica causada por descuido tenha reunido todas as condições e feito parecer um supercondutor, e, nesse caso, outras pessoas talvez não consigam reproduzir isso facilmente
As transformações involuntárias de Jekyll foram ficando cada vez mais frequentes, exigiam mais soro para serem revertidas, e, por fim, o sal usado no soro acabou; os lotes feitos com o novo estoque não funcionaram. Jekyll suspeitou que o ingrediente original tinha alguma impureza que produzia o efeito
https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
As pessoas parecem achar que é bem fácil de fazer, mas, de qualquer forma, se houver uma amostra, dá para verificar se ela tem as propriedades alegadas e analisar do que é feita
Dito isso, embora eu não saiba completamente o que é realmente possível em um laboratório de física do estado sólido, produzir esse material não parece terrivelmente difícil com o laboratório e os equipamentos adequados. Espero que logo saibamos qual é o caso
Se não conseguirem fazer uma segunda vez, o assunto fica resolvido. Repetir tudo demandaria muito tempo e dinheiro, mas parece que o planeta inteiro está pronto para fornecer os recursos necessários
A única parte relevante do artigo é o trecho que diz que “pesquisadores de Argonne e de outros lugares já estão tentando reproduzir os experimentos, e as pessoas ali levam isso a sério e vão tentar cultivar esse material”
O título submetido é um título bastante editado, e de forma alguma implica que haja um esforço organizado em Argonne
Na verdade, a expressão “levam a sério” é mais forte, e o título submetido é um pouco menos sensacionalista
Eles colocaram no título uma parte essencial do artigo, e isso é comum no HN. O subtítulo só traz o que já se sabe, que “há muito ceticismo”. Ao menos para algumas pessoas, incluindo eu, era novidade que laboratórios legítimos do governo dos EUA estavam pesquisando isso, e esse é o valor-notícia
A parte em que Norman reclama que os átomos de chumbo são pesados demais não parece combinar muito com as composições de outros supercondutores conhecidos. Pelo que sei, o supercondutor de óxido de cobre mais amplamente usado é o BSCCO, que também foi utilizado na primeira linha de transmissão supercondutora do mundo
https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
A afirmação de que “como os átomos de chumbo e cobre têm estruturas eletrônicas semelhantes, substituir parte dos átomos de chumbo por átomos de cobre não deveria afetar muito as propriedades elétricas” também é estranha. O íon chumbo(II) alegado tem número par de elétrons, enquanto o cobre(II) tem número ímpar. Se houver cobre(I), a própria carga é diferente. É uma lógica muito confusa de se ouvir de um físico
Além disso, o trecho “a apatita de chumbo não dopada não é um metal, mas um mineral não condutor” também não bate com o fato de que supercondutores de óxido de cobre e os baseados em ferro não são metais. Alguns são até isolantes de Mott em condições normais
Há motivos para ser cético em relação ao LK-99, mas essa lógica não é um deles
Parece haver uma tendência entre outros cientistas de ver o LK-99 não como um supercondutor, mas apenas como um forte diamagnético
Como alguém que não é físico, fico me perguntando se isso, por si só, teria alguma utilidade. Dando uma olhada na Wikipedia, não parece haver tantos materiais fortemente diamagnéticos; se for a descoberta de um novo material, talvez possa ser uma grande descoberta, ainda que não a ponto de abalar o mundo
Ele pode apresentar diamagnetismo sem supercondutividade em escala utilizável e, além disso, abrir caminho para modificar o material de modo a aumentar o tamanho das regiões supercondutoras. Claro, isso é pura especulação; o mais provável é que seja “apenas” diamagnetismo do mesmo tipo que o de outros materiais, ou seja, uma estrutura em que todos os elétrons das partículas que compõem a amostra estão emparelhados
Há críticas ao estudo original, mas parece que eles divulgaram os materiais de forma bastante diligente para facilitar a reprodução
Nadya Mason, física da matéria condensada da University of Illinois Urbana-Champaign, avaliou positivamente o fato de os autores terem apresentado dados adequados e explicado claramente as técnicas de fabricação, mas alertou que os dados parecem um pouco grosseiros
Escrevi uma thread bem abrangente sobre a situação atual. É meio longa e difícil de resumir, mas está aqui
https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216
As refutações dos artigos linkados, especialmente o fato de o CMTC ter dado um F, são fatais. Um dos professores Kim da William & Mary é de fato um acadêmico formal e teve um papel muito pequeno, mas cada vez mais isso parece o resultado de alguns excêntricos do “Q-Centre”
A maior parte do trabalho foi feita antes de Kim se envolver, e o nome dele aparece em apenas 1 dos 3 artigos publicados até agora. Ele é o único fio de legitimidade em toda essa história, mas é um fio muito tênue. Os outros 5 simplesmente parecem estranhos
O vídeo que o EEVblog publicou sobre esse assunto é bem engraçado. Se você não viu, está aqui: https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ
Ao ver aquela demonstração, ela realmente parece uma forma idiota de mostrar um material milagroso, e não inspira confiança
Não entendo por que não pedem para analisar a amostra de supercondutor que eles afirmam ter produzido. Todo mundo só fala em seguir a receita de fabricação para reproduzir, mas a evidência não está no material pronto?
Para mim, o ponto central é que houve algum progresso nessa área nos últimos 20 anos, de modo que alegações de supercondutividade suficientemente próxima da temperatura ambiente já não são descartadas de imediato
Quando eu estiver velho e de cabelos brancos, talvez tudo se mova por levitação magnética