Наверное, в современном мире мало людей, которые не смотрели трилогию фильмов «Назад в будущее». В этих фильмах были две очень запоминающиеся вещи: первая – это машина времени, а вторая – летающий скейтборд. И если о машине времени нам ещё мечтать и мечтать, то ховерборд может появиться довольно скоро.
Существуют материалы, называемые сверхпроводниками. Сверхпроводники – это материалы, обретающие свойства нулевого электрического сопротивления и выталкивания магнитных полей при достижении определенной температуры. Часть электричества, текущего по обычным проводам, превращается в тепловую энергию и рассеивается. Происходит это из-за того, что электроны рассеиваются на колебаниях кристаллической решетки. Нулевое электрическое сопротивление означает, что если, к примеру, скрутить из сверхпроводника провода, то электричество, текущее по ним, не будет терять энергии. Есть несколько теорий, объясняющих свойства сверхпроводников, но общепринятой ещё нет.
У сверхпроводника есть ещё одно очень примечательное свойство. Я уже написал, что сверхпроводники выталкивают магнитные поля. Благодаря этому свойству можно заставить парить магниты. С помощью сверхпроводников и магнитов можно создать доску и дорожку, над которой она будет парить. Скажу даже больше, в настоящее время некоторые люди уже собирали свои доски, основанные на сверхпроводниках.
Но не всё так радужно. Для проявления свойств сверхпроводников, их нужно очень сильно охладить. Самые первые сверхпроводники приходилось охлаждать до практически 0 градусов по Кельвину (-273,15 °C) . Сейчас эта планка стала чуток выше, около 77 градусов по Кельвину (-196,15 °C). Учёные изучают сверхпроводники с целью создания материала, который вступит в состояние сверхпроводимости при комнатной температуре или хотя бы не на такой низкой, какая требуется сейчас. Может оказаться и так, что такой сверхпроводник невозможно создать, но также возможно, что его скоро создадут.
Этот год стал годом научной драмы: от понимания происхождения человека и прорывов на Луне до расцвета искусственного интеллекта и новых пугающих изменений в климате.
1. Индийский луноход достиг обратной стороны Луны
В то время как западные миллиардеры занимались тем, что отправляли в космос ракеты, которые разбивались и сгорали, учёные из Индии спокойно делали то, чего никто до них не добился. Их лунный аппарат "Чандраян-3" стал первой миссией, достигшей южного полюса Луны - неизученного региона, где, как считается, существуют залежи замёрзшей воды. Я помню, как забилось моё сердце, когда по социальным сетям разлетелись снимки комнаты управления в Индии, на которых женщины-учёные старшего поколения празднуют своё невероятное достижение.
Успех "Чандраян-3", запущенного в июле 2023 года, показал всему миру, что Индия не только является крупным игроком в космосе, но и может успешно запустить лунный корабль за 75 миллионов долларов. Стоимость не маленькая, но она гораздо меньше бюджетов большинства других стран на лунную миссию.
Июль 2023 года стал чрезвычайно насыщенным месяцем для космических событий. Он начался с запуска спутника "Евклид", предназначенного для беспрецедентно детального изучения тёмной материи и тёмной энергии. Всего две недели спустя Китай успешно запустил первую в мире ракету на метановом топливе (Zhuque-2), продемонстрировав потенциально более экологичный способ космических путешествий, опять же при значительно меньших затратах. К тому же, метановый двигатель интересен не только тем, что он более экологичен, а тем, что 1) Он вырабатывает меньше сажи, а потому проще повторно использовать двигатель. 2) Метан потенциально можно добывать на Марсе.
Через две недели после посадки "Чандраян-3" был отправлен спать в очень холодную лунную ночь, но так и не проснулся; однако он сделал то, ради чего был отправлен: обнаружил серу на поверхности Луны и показал, что лунный грунт является хорошим изолятором. С увеличением разнообразия, снижением стоимости и экологичностью ракет, кажется, что человечество может оказаться на пороге новой, более доступной эры освоения космоса.
2. ИИ наконец-то начинает походить на настоящий ИИ
Стратосферный взлёт ChatGPT от OpenAI в этом году вызвал яростные дебаты в СМИ и других изданиях о будущей роли искусственного интеллекта и его последствиях для всех сфер жизни - от трудоустройства до здравоохранения.
Зачастую определить переломные технологические моменты можно лишь спустя долгое время, но 2023 год - один из тех редких годов, когда мы можем с уверенностью сказать, что мир за этот год сильно изменился. Это был год, когда искусственный интеллект (ИИ) наконец-то стал мейнстримом. Я имею в виду, конечно же, ChatGPT и его собратьев - большие языковые модели. Выпущенный в конце 2022 года, ChatGPT стал вирусным в 2023 году, поражая пользователей своим беглым изложением и, казалось, энциклопедическими знаниями. Технологическая индустрия, возглавляемая компаниями с триллионными оборотами, была поставлена в тупик успехом продукта компании, в которой работает всего несколько сотен человек. Сейчас, когда я пишу эту статью, идёт отчаянная борьба за лидерство на новом рынке "генеративного ИИ", о котором возвестил ChatGPT.
Почему ChatGPT добился такого впечатляющего успеха? Во-первых, он очень доступен. Любой человек с веб-браузером может получить доступ к самому сложному ИИ на планете. А во-вторых, он наконец-то стал похож на тот ИИ, который нам обещали - он был бы неуместен в кино, и он гораздо более речистый, чем компьютер из "Звёздного пути". Мы долгое время использовали ИИ, не осознавая этого, но наконец-то у нас появилось нечто реальное. Это не конец пути для ИИ, далеко не конец, но это действительно начало чего-то значительного.
Не'Кия Джексон (слева) и Калсиа Джонсон (справа) получают ключи от Нового Орлеана от мэра Латойи Кантрелл после того, как студенты нашли новое доказательство теоремы Пифагора.
В марте две девочки-подростка из Нового Орлеана, Калсиа Джонсон и Не'Кия Джексон, представили новое математическое доказательство теоремы Пифагора с помощью тригонометрии на региональной встрече Американского математического общества.
Что в этом особенного? В 1940 году в классической книге Элиши Лумиса "Пифагорейское предложение" был раздел "Почему невозможно найти доказательство с помощью тригонометрии, аналитической геометрии и алгебры". То есть, a^2 + b^2 = c^2 нельзя доказать с помощью sin^2(θ)+cos^2(θ)=1.
Это оттого, что у этих уравнений существует циклическая зависимость. Например: Если A верно, если верно B, и B верно, если верно A, то откуда нам знать, что A и B истинны?
Джонсон и Джексон не первые, кто вывел тригонометрическое доказательство теоремы Пифагора. Однако их доказательство с помощью "вафельного конуса" с использованием правила синуса и бесконечного геометрического ряда продемонстрировало большую креативность и математическую ловкость. В их подходе есть ограничения - например, он не работает, когда ∅=π/4 (45°). Но это поправимо.
В прошлом году Кэтрин Бирбалсинг, бывший советник по социальной мобильности при правительстве Великобритании, подверглась критике за то, что сказала, что девочки реже выбирают физику уровня A, потому что она включает "трудную математику". Достижения Джонсон и Джексон красноречиво говорят об обратном.
4. О нашей ранней миграции из Африки
Слепок черепа человека Херто, найденного в Эфиопии в 1997 году. Последние результаты исследования ДНК современных африканцев обогащают наши знания о предыстории человечества.
Наш вид происходит из Африки. В широком смысле это означает, что Homo sapiens появился на земле, которая сейчас называется Африкой, и большая часть нашей эволюции произошла там за последние полмиллиона лет. Остальной мир был заселён, когда несколько человек покинули эту панафриканскую колыбель в течение последних 100 000 лет. До недавнего времени об этом было известно в основном по костям давно умерших людей. Но восстановление ДНК из этих старых костей дало свои плоды. В октябре исследование, проведённое под руководством Сары Тишкофф из Университета Пенсильвании, показало, что небольшое количество ДНК неандертальцев в ныне живущих африканцах вошло в линию Homo sapiens ещё 250 000 лет назад где-то в Евразии, что означает, что мы покидали Африку несколько раз, и гораздо раньше, чем считалось.
Как были сделаны эти открытия? С помощью того, что парадоксальным образом упускалось из виду при изучении нашего африканского происхождения: на самом деле мы изучили геномы африканских людей.
Это может показаться незначительным и постепенным, но чем больше мы будем искать - особенно среди людей и областей, которые до сих пор были крайне мало представлены, - тем больше мы узнаем о нашей собственной истории.
5. Самый жаркий год в истории
Пожарный использует капельный факел для контролируемого выжигания во время лесного пожара недалеко от Вандерхуфа, Британская Колумбия, Канада, июль 2003
Согласно известной присказке, лягушка, брошенная в горячую воду, спасётся, но если лягушку держать в воде, медленно поднимая её температуру, то она не заметит опасности до самого конца. 2023 год станет самым жарким за всю историю наблюдений. Ранее этот рекорд был установлен семь лет назад, в 2016 году. Как сказал король Чарльз III на 28-й конференции по изменению климата, мы становимся невосприимчивыми к тому, что говорят нам рекорды.
Последствия жары нарастают. Более тёплые моря и более тёплая атмосфера способствовали событиям, которые принесли смерть и разрушения с ужасающей скоростью. В Ливии погибло более 10 000 человек, когда наводнение смыло город в море. Пожары охватили греческие острова и канадские леса. Тропический циклон "Фредди" обрушился на населённые пункты в восточной Африке, и без того страдающие от нищеты. Засуха и жара сделали некоторые регионы непригодными для жизни.
Хорошая новость заключается в том, что решения этой проблемы уже существуют. В прошлом году Великобритания произвела больше "зелёной" энергии, чем когда-либо прежде. Прогнозы искусственного интеллекта начали выполнять работу, с которой не могли справиться миллионы человеческих синоптиков, анализируя погодные и климатические данные с беспрецедентной скоростью. Спутник Nasa Swot начал измерять, где находится вся вода на Земле, помогая предотвратить будущие катастрофы.
Люди думают, что они умнее лягушек, но мы спасём себя, только если поймём, что мы сами и лягушки, и источник тепла, и психопаты-экспериментаторы.
6. Новая Crispr-терапия для лечения серповидно-клеточной болезни и бета-талассемии
Красные кровяные тельца человека с серповидно-клеточной болезнью. Британский регулятор одобрил инструмент геномного редактирования Crispr для лечения этого заболевания, а также бета-талассемии.
В последние годы расовое неравенство в здравоохранении получило широкую огласку. Для некоторых это стало причиной снижения доверия к медицинским наукам и услугам, включая профилактические меры, такие как вакцинация. Поэтому есть повод для радости в связи с тем, что Великобритания стала первопроходцем в биотехнологической терапии серповидно-клеточной болезни и бета-талассемии. Эти изнурительные, а иногда и смертельные заболевания, соответственно, чаще поражают чернокожее население и тех, кто имеет корни в южном Средиземноморье, на Ближнем Востоке, в Южной Азии и Африке. Впервые в мире британский регулятор лекарственных средств одобрил инструмент для редактирования генома Crispr-Cas9 под названием Casgevy для лечения заболеваний. Было показано, что эта терапия снимает изнурительные приступы боли при серповидно-клеточной болезни и устраняет или уменьшает потребность в переливании красных кровяных телец при талассемии по крайней мере на год.
Это радует, но ещё предстоит выяснить, как проявят себя потенциальные риски. Сохранятся ли положительные результаты в долгосрочной перспективе? Каковы последствия для безопасности? Например, существует вероятность того, что Crispr-Cas9 может иногда вносить непреднамеренные генетические изменения с неизвестным эффектом. Кроме того, стоимость такой терапии может достигать 2 млн долларов на человека. Будут ли эти заболевания и дальше оставаться в центре внимания при формировании бюджетов?
Тем не менее одобрение даёт повод для осторожного оптимизма - не в последнюю очередь потому, что включение групп, которые часто не учитываются, может ознаменовать небольшой, но важный сдвиг в сторону обеспечения более справедливого медицинского обслуживания.
7. Едим пирожные, заедаем Wegovy
Препарат Wegovy, впервые назначенный людям с диабетом, может помочь сотням миллионов людей, которые борются с ожирением, и, как оказалось, снижает риск сердечных приступов и инсультов.
В мире существует проблема с едой: 650 миллионов взрослых страдают ожирением, то есть имеют индекс массы тела (ИМТ) более 30 кг/м2 и потребляют больше калорий, чем может использовать их организм. С другой стороны, 735 миллионов человек во всём мире голодают. Однако от ожирения умирает больше людей, чем от недоедания. Поэтому открытие группы препаратов, известных как стимуляторы рецепторов глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1), можно только приветствовать. Изначально эти препараты GLP-1 были разрешены для борьбы с диабетом, а затем их стали использовать в качестве лекарств для снижения веса.
Wegovy, идеальный пример этих лекарств, работает, снижая уровень глюкозы в крови и заставляя людей быстрее чувствовать себя сытыми во время еды. В ходе двухлетнего клинического исследования, в котором приняли участие 304 человека, испытуемые, принимавшие Wegovy, потеряли 15 % массы тела, в то время как контрольные испытуемые потеряли только 3 %. Захватывающе, но в этом году мы также узнали из большого трёхлетнего исследования с участием пациентов с сердечно-сосудистыми заболеваниями, что Wegovy также снижает риск инсультов, инфарктов и смерти от сердечно-сосудистых заболеваний.
Может показаться, что теперь мы можем есть сколько угодно и получать за это инъекции, но у приёма Wegovy есть побочные эффекты, такие как тошнота, рвота, головные боли, усталость и возможный риск развития некоторых видов рака щитовидной железы. Кроме того, нам всё ещё нужно найти способ накормить голодающих.
8. Заявление о получении высокотемпературного сверхпроводника было встречено в штыки
Уже несколько десятилетий учёные находятся в поисках "святого Грааля" - сверхпроводника комнатной температуры. Сверхпроводник - это материал, который проводит электрический ток без сопротивления, но это замечательное свойство наблюдается только при температуре более чем на 100 градусов ниже комнатной.
В июле южнокорейская команда под руководством Сукбэ Ли и Джи-Хун Кима заявила о создании первого сверхпроводника комнатной температуры при нормальном давлении из соединения на основе свинца под названием LK-99. Такой прорыв мог бы позволить создать силовые кабели, проводящие ток без потерь мощности и уменьшить размеры МРТ-сканеров.
Ли, Ким и их коллеги разместили двеработы на сайте arXiv, где исследования иногда публикуются до рецензирования. Это вызвало бурю восторга и скептицизма: лаборатории по всему миру бросились пытаться воспроизвести результаты исследований, а LK-99 даже стал трендом в Twitter (теперь он известен как X).
К концу августа ведущие лаборатории не смогли воспроизвести результаты. В настоящее время все сходятся во мнении, что существованию важнейших признаков сверхпроводимости при комнатной температуре найдено недостаточно доказательств.
Чему учит нас эта история? Она показывает, что прежде чем делать поспешные выводы, необходимо тщательно изучить характеристики материалов, и что научное рецензирование может быть конструктивным и захватывающим. Даже если LK-99 не является святым Граалем, это не должно сдерживать поиски настоящего сверхпроводника при комнатной температуре и может открыть неожиданные пути для новых захватывающих исследований.
9. Уменьшение численности птиц связано с гербицидами и пестицидами
Белохвост (Saxicola rubetra) на поле масличного рапса. С 1980 года численность диких птиц в Европе сократилась на четверть (550 миллионов). Наиболее резкое сокращение наблюдается среди сельскохозяйственных птиц, и новое исследование предполагает, что причиной этого является использование пестицидов и удобрений.
Этот год стал рекордным - и не в лучшую сторону, если говорить об окружающей среде. Наряду с глобальным потеплением разворачивается ещё одна экологическая катастрофа: стремительная гибель дикой природы.
Несмотря на свою актуальность, кризис биоразнообразия освещается в восемь раз меньше, чем климатическая катастрофа. Поэтому, несмотря на то, что я обычно люблю позитивные исследования (такие как повторное обнаружение длинноклювой ехидны Аттенборо или изучение того, почему приматы любят двигаться по кругу), для своей подборки года я выбрал исследование, посвящённое сокращению численности европейских птиц.
За последние четыре десятилетия количество птиц в Европе сократилось на ошеломляющие 550 миллионов. До сих пор считалось, что основными причинами этого являются потеря среды обитания и загрязнение окружающей среды. Но команда исследователей под руководством Станисласа Ригала изучила данные о 170 видах птиц на 20 000 объектов в 28 странах, включая записи, собранные учёными-любителями, и пришла к выводу, что главным убийцей птиц является интенсификация сельского хозяйства. Точнее, это повышенное использование пестицидов и удобрений, которые не только лишают птиц пищи, но и напрямую влияют на их здоровье.
Такие масштабные исследования имеют решающее значение для влияния на принятие решений и приоритеты политики. Будем надеяться, что 2024 год принесёт положительные изменения в этой области.
10. Надежда на модели эмбрионов на основе стволовых клеток
Сканирование модели человеческого эмбриона из лаборатории Якоба Ханны в Институте Вейцмана, Израиль. Такие модели могут оказаться жизненно важными для нашего будущего понимания выкидышей и генетических заболеваний.
В июне на нас обрушился шквал статей и препринтов, описывающих, как можно начать с культур плюрипотентных стволовых клеток и, поместив их в пробирки, получить структуры, напоминающие ранние постимплантационные человеческие эмбрионы. Эту тему широко освещали в СМИ, в том числе на первых полосах некоторых газет. Наука, безусловно, заслуживает внимания - эксперименты показывают поразительную способность стволовых клеток дифференцироваться в соответствующие ткани, которые самоорганизуются в нужный паттерн. Однако, возможно, интерес СМИ вызвала и довольно жёсткая конкуренция между несколькими группами, участвовавшими в проекте.
Есть надежда, что модели эмбрионов на основе стволовых клеток станут практичной и "более этичной" альтернативой работе с обычными эмбрионами. Учёные смогут многое узнать о том, как мы развиваемся, и что идёт не так при врождённых заболеваниях, выкидышах и нередко неудачном искусственном оплодотворении (ЭКО), и, возможно, найти решения этих проблем.
Однако на данный момент ясно, что даже самые лучшие модели не эквивалентны нормальным человеческим эмбрионам, и самый строгий тест - спросить, можно ли их имплантировать в матку, - это то, что, по общему мнению, не следует пытаться делать. В настоящее время подавляющее большинство, возможно 99%, агрегатов, которые помещаются в культуру, не дают ничего, напоминающего человеческий эмбрион. Для того чтобы эти модели нашли применение, необходимо повысить их эффективность.
Когда несколько недель назад корейцы сделали сенсационное заявление о новом чудо-материале – ученые по всему миру наперегонки ринулись его проверять. И знаете, кто победил в этой гонке? Анимешница из Твиттера, которая буквально за сутки синтезировала эту вундервафлю прямо у себя на кухне, используя обычный советский... (извините, но в данном случае действительно всё так!)
Героиня статьи ухмыляется как бы в ответ всем хейтерам из Твиттера
Если вы пропустили весь хайп начала августа про «новый сверхпроводник от корейских ученых» – то устраивайтесь поудобнее, сейчас мы вам всё объясним. Накал эпичности этой истории местами просто зашкаливает, но сначала придется немного погрузиться в предысторию вопроса.
Эта статья написана в соавторстве с Михаилом Коробко – квантовым физиком из Университета Гамбурга. Как обычно в таких случаях, Миша здесь отвечает за научную канву повествования, а я – за кринжовые мемы. Поехали!
Зачем вообще нужна эта ваша сверхпроводимость
Чем так интересна сверхпроводимость при комнатной температуре? И что вообще такого «сверх» в сверхпроводниках? Давайте разбираться по порядку.
Когда мы пускаем электричество по обычным проводам, мы всегда теряем немного энергии. Эти потери возникают из-за наличия «сопротивления» в проводнике: он, буквально, сопротивляется нашим попыткам пропихнуть через него электрический ток.
Ампер здесь как бы хочет сказать: «Help me, stepsister, I'm stuck!». А, сорри, это из другого образовательного видео...
Сопротивление возникает из-за физической структуры проводника. Возьмем, к примеру, металлический проводник: под действием напряжения, приложенного к металлу, в нем начинают двигаться свободные электроны – это мы и называем «электрическим током». В процессе движения электроны «отвлекаются» на сами атомы металла и взаимодействуют с ними, что как бы «тормозит» движение электронов. В результате, энергия движения электронов переходит в колебания атомов металлического проводника – иными словами, проводник нагревается.
Этот процесс лежит, например, в основе лампочек накаливания: вольфрамовая нить в них обладает большим сопротивлением и сильно нагревается при прохождении через нее тока, излучая яркий свет.
Строго говоря, практически что угодно может стать лампочкой, если подать достаточную мощность (см. на веселую малиновую гаечку)
А вот было бы неплохо не терять лишнюю энергию на этом вашем сопротивлении там, где нам этого не хочется, да? Ну окей, в лампочке, как мы поняли, сопротивление как раз в тему. Но в остальном... Вот буквально несколько примеров научно-технических ништяков, которые могли бы прийти в нашу жизнь, если бы ученые придумали новый вундервафельный материал совсем без сопротивления (то есть, обладающий сверхпроводимостью):
Передача энергии на большие расстояния без потерь. Понастроил целые поля солнечных батарей в Африке – и обеспечил электричеством всю Европу, easy-peasy!
Эффективные, дешевые и мощные компьютерные чипы, которые тратят мало энергии и не перегреваются – буквально, «суперкомпьютер в кармане».
Да и не только обычные компьютеры – со сверхпроводимостью можно будет, вероятно, еще и квантовые компьютеры наконец запилить (со стабильностью работы которых сейчас есть большие проблемы).
В материалах без сопротивления также возникают интересные магнитные эффекты, так что можно до кучи докинуть сюда же всякий левитирующий транспорт будущего и повсеместные сверхскоростные магнитные поезда. А, и еще можно будет делать компактные МРТ-машины (которые сейчас занимают в больницах целую комнату), вешать их в метро, и читать мысли всех пассажиров с помощью нейронных сетей!
Ну вы поняли, короче. В мире побежденного электрического сопротивления будет щастье для всех (и никто не уйдет обиженным!)
Краткая история практического сверхпроведения
В начале XX века ученые обнаружили, что сопротивление некоторых материалов (например, свинца и олова) падает до нуля при очень низких температурах (в районе 3 градусов выше абсолютного нуля: то есть, при –270 градусах Цельсия). Вот такие материалы и назвали сверхпроводниками.
Со временем стали обнаруживать всё больше разных материалов , которые показывали свойства сверхпроводимости – но все они работали при адовых криогенных температурах (ниже температуры жидкого азота, около –196 градусов Цельсия). Только в конце 80-х нашли класс материалов, которые обладают высокотемпературной сверхпроводимостью (ну как, «высоко» – чуть повыше температуры этого самого жидкого азота).
Казалось бы: какие проблемы, давайте просто охлаждать провода с помощью жидкого азота – он дешевый и простой в обращении! Но, к сожалению, практически все высокотемпературные сверхпроводники абсолютно бесполезны в технологическом плане: они хрупкие, плохо поддаются обработке, из них трудно делать всякие сложные формы. Поэтому, несмотря на открытие сверхпроводимости уже более ста лет назад, мы практически не находим ей применения.
Ну окей, несколько совсем нишевых применений такие «капризные» сверхпроводники всё же нашли: из них делают сверхпроводящие магниты в машинах МРТ и во всяких научных установках типа Большого Адронного Коллайдера, а также в квантовых компьютерах (где сверхпроводящие элементы используются в качестве кубитов). Но в целом – революция, которую нам обещали сверхпроводники, еще не свершилась. На практике для нее нам нужно выполнение двух условий: сверхпроводимость при обычной комнатной температуре, и практичность создания и использования таких сверхпроводников.
В последние годы как раз появилось несколько сверхпроводников при температурах, близких к комнатной (в районе –20 градусов Цельсия)... Но такие материалы становятся сверхпроводниками только при безумно огромном давлении, создаваемом между специальными алмазными (!) наковальнями. В общем, опять же – далеко от практического применения.
Типичная новость об изобретении «комнатного» сверхпроводника выглядит как-то так
Так что, можно сказать, что сверхпроводимость при комнатной температуре и нормальном давлении является настоящим святым Граалем для всей области сверхпроводимости – вот уже 50 лет с момента открытия высокотемпературной сверхпроводимости ученые бьются над созданием такого материала.
Любопытно, что принципиально никаких физических ограничений на существование таких сверхпроводников, кажется, нет. Вот только у нас пока нет полной теории сверхпроводимости, чтобы мы могли их «придумать» исходя из теоретических соображений.
Первые теории сверхпроводимости возникли только спустя сорок лет после открытия самого эффекта – в начале 50-х. Наиболее популярная среди ученых теория, которая используется до сих пор, называется БКШ (теория Бардина–Купера–Шриффера) – она описывает сверхпроводимость на квантовом уровне.
Как вы думаете, в честь кого был назван Шелдон Купер из «Теории Большого взрыва»? Вы угадали: в честь этого самого Леона Купера, одного из соавторов теории БКШ!
В этой теории предполагается, что электроны в сверхпроводящих материалах объединяются в так называемые куперовские пары (речь здесь идет про pairs, не про вейпинг), которые все вместе находятся в едином квантовом состоянии. В этом состоянии они никак не взаимодействуют с атомами проводника, и потому не испытывают его сопротивления.
Теория БКШ неплохо описывает основные процессы сверхпроводимости, но всё же не является полной: ведь она не может предсказать конкретные свойства сверхпроводника и, тем более, не позволяет изобрести материал с нужными свойствами на ее основании. Но самый главный фейл этой теории в том, что она неспособна предсказать высокотемпературную сверхпроводимость – точнее, она ее прямо запрещает! В настоящее время есть несколько теорий, которые пытаются заменить БКШ – но пока ни одна из них не может полноценно объяснить сверхпроводимость для произвольного материала: разные теории работают лучше для одних материалов, но хуже для других.
В таких условиях ученым приходится искать новые материалы практически вслепую, методом так называемого «научного тыка». Периодически кто-нибудь выбрасывает в интернет новое громкое заявление о долгожданном обнаружении комнатнотемпературного сверхпроводника (вот лишь несколько примеров: раз, два, три, четыре, пять), но на них уже обычно никто даже особо не обращает внимание: ведь они почти всегда оказываются либо невоспроизводимы независимыми учеными, либо вообще даже не удостаиваются публикации в научных журналах.
Не так давно разыгралась большая драма с отзывом статьи из престижного журнала Nature про очередной сверхпроводник при комнатной температуре – оказалось, что данные там просто тупо сфабрикованы. Ну, там сам ученый по имени Ранга Диас, надо признать – персонаж весьма специфический, и уже ставший знаменитым благодаря своим «умелым» фейками...
Тот самый Ранга Диас рассказывает в интервью: «Сижу на рыбалке – клюет... Подсекаю, а там вот такенный сверхпроводник, диамагнетизм во всем поля, электроны в нем прямо шубуршатся – невооруженным взглядом видно!!»
Корейская сенсация и летающий камушек
Короче, мы уже вплотную подходим к, собственно, истории сверхпроводникового сверххайпа последних недель: в конце июля на сайте arXiv появились два препринта от корейских ученых, один из которых носил «скромное» название The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor. Надо сразу сделать оговорку, что arXiv не является рецензируемым научным журналом – там есть определенная модерация, но она работает скорее «по внешним признакам» и отсекает только уж совсем очевидную псевдонауку и буллщит.
Даже когда читаешь абстракт выложенного препринта, становится очевидно: одной рукой автор набирал буковки на клавиатуре, а другой – неистово представлял, как он уже получает Нобелевку за потрясающее основы бытия открытие
Сказать, что весь Твиттер бомбанул от этой новости – значит, ничего не сказать. Как мы писали выше, обычно сверхпроводимость не вызывает какого-то особенного интереса общественности; что же конкретно привлекло десятки тысяч людей в соцсетях на этот раз — сказать сложно. Возможно, дело в видео-демонстрации с доказательством левитации у полученного образца LK-99 (именно так корейцы назвали свое открытие), сопровождавшей эти два препринта; а может, в том, что на первый взгляд в этих двух бумагах не было явной лажи, и серьезные ученые отреагировали на них в стиле «хм-м-м, любопытно, ну давайте разбираться!».
Копия того самого оригинального видоса от корейцев. Чуть позже они передали еще одну версию видео в The New York Times – там уже в кадре присутствовал термометр для доказательства «комнатности» температуры
Чем интересно это видео, и причем тут вообще левитация? Дело в том, что помимо нулевого сопротивления, сверхпроводники также обладают интересным свойством: они левитируют в магнитном поле – так называемый эффект Мейснера. (Вдаваться глубоко в детали физического процесса мы здесь не будем, если вам интересно – можете глянуть вот эту недавнюю статью на Хабре.)
Именно эта левитация была продемонстрирована в оригинальном видео, и ее же постили разные команды ученых и любителей в следующие дни. Посыл часто был такой (особенно в интерпретации неспециалистов): раз левитирует – значит, сверхпроводник! Но, строго говоря, это не обязательно так. Магнитная левитация возможна и для других материалов, и даже для живых существ: уважаемый ученый Андре Гейм в свое время получил не только Нобелевскую премию за открытие графена, но также и чуть менее престижную Шнобелевскую премию за опыты по левитации живой лягушки.
Лягуха Андре Гейма приступает к эксперименту по магнитной левитации, вижу так (по слухам, ни одно земноводное в процессе не пострадало)
Такой эффект диамагнетизма очень похож на эффект Мейснера, хоть и требует гораздо более сильных магнитных полей. Тем не менее, левитация — наиболее простой первый признак возможной сверхпроводимости; и, фактически, единственный доступный для проверки без специализированного оборудования. Другие подтверждающие замеры (скажем, напрямую интересующего нас нулевого сопротивления) требуют большой точности и специальной методологии. А левитация, к тому же, еще и выглядит круто!
В общем, весь мир где-то на этом моменте затаил дыхание: появятся ли независимые подтверждения эффекта Мейснера — или всё, как и в прошлые разы, остановится на этапе слишком громких и слишком поспешных заявлений от корейской команды ученых? Именно здесь на сцену и выходит героиня нашей истории...
В дело вступает «That Russian Anime Profile Pic Girl»
Пока обыватели в Твиттере рассуждали о том, сколько недель (или месяцев) потребуется ведущим лабораториям мира для репликации LK-99 и подтверждения его сверхпроводимости, малоизвестный аккаунт @iris_IGB с анимешной девочкой на аватарке решил взять инициативу в свои руки. Если подытожить самую суть щитпостинга от Iris, то он сводился примерно к следующему: «Вы все тупые и не лечитесь; а если бы вы хоть немного понимали физику и химию на уровне продвинутого советского школьника – то смогли бы без труда синтезировать нужное вещество самостоятельно!» (я немного утрирую – но, если честно, не слишком уж сильно).
Самый эпичный завирусившийся тред от Iris буквально начинается со слов «у моей девушки сегодня чистка ковров, и мы не сможем вместе посмотреть Кин-дза-дзу... так что, пришло время сверхпроводников комнатной температуры!» Далее следует крайне неформальное описание теоретических выкладок по теории сверхпроводимости, а вслед за ними – пошаговый процесс получения аналога LK-99 с фотками меньше чем за сутки.
Ошметки от кофе Якобс и творческий срач на кухне – как комментируют некоторые твиттерские, «именно в такой атмосфере и творится настоящая наука от кошко-девочек!» (важный disclaimer: кошко-девочкой является подруга Iris, не она сама)
Эпичности всему произошедшему добавили сразу несколько вещей:
Во-первых, Александра Iris вообще не специализируется на физике сверхпроводимости, ее сфера экспертизы – это молекулярная биология почв (!).
Во-вторых, как пишет она сама, Iris не ставила целью реплицировать весь процесс из оригинальной бумаги корейцев – она сразу попыталась улучшить их подход, исходя из своего понимания вероятной природы наблюдаемых эффектов.
Ну и в-третьих: кажется, как будто у нее получилось! На ее выложенных слегка шакальных фото видна маленькая крупинка некоего материала («speckle of shit», как пишет автор), которая «левитирует» над магнитом внутри полой трубки.
Твит от 30 июля, 3,7 млн просмотров: первое независимое фотосвидетельство свойств LK-99-like материала во всем интернете! (Если вы не шарите за аниме, то «фансервисом» там обычно называют эротический контент для преданных фанатов какого-либо сериала.)
Дальше всё развивалось ровно так, как и принято в интернете: Александре начали предъявлять за стремное качество фото и за нежелание записать видео – та в ответ огрызалась в стиле «а вы откройте любой советский учебник, по нему синтезируйте такую же штуку – и снимайте свой собственный фансервис в каком пожелаете формате!!»
Регулярные референсы к СССР в твитах Iris здесь не случайны: она сама твердо стоит на позиции о том, что советская научная школа просто кроет, не вставая с дивана, всё остальное, что творится в научных лабораториях по всему миру. И вся эта заваруха с LK-99, дескать, идеальная тому иллюстрация!
Ведь Ли и Ким (авторы LK-99 – собственно, именно их имена легли в название материала) в 1990-е работали с корейским профессором Tong-Seek Chair (Choi?), который еще раньше работал совместно с профессором Галашевичем в Польше, – а тот, в свою очередь, был учеником советского ученого Николая Боголюбова, который в 1950-е создал свою собственную теорию сверхпроводимости. В научном мейнстриме эта теория не сильно прижилась, проиграв битву за умы этой самой популярной сейчас теории Бардина–Купера–Шриффера, но... Возможно, что-то в ней всё-таки было? По крайней мере, кажется, именно так считает сама Александра Iris.
Проф. Боголюбов, судя по архивным фоткам, был достаточно стильным парнем. Рискну предположить, что, родись он в начале 2000-х, – сейчас был бы завсегдатаем аниме-фестивалей...
Эпилог: кажется, чуда не произошло
Сразу после @iris_IGB начали потихоньку приходить другие независимые проверки. Где-то образцы левитировали, где-то – нет; но каждое новое видео и фотография встречались очередной волной восторга. На них реагировали серьезные ученые, пытаясь объяснить, что эти наблюдения пока ничего не доказывают – такие реакции тоже вирусились, и публика снова разочаровывалась.
Болтание между восторгом и разочарованием привело к тому, что за историей стали следить далеко за научными кругами – как за крутым сериалом, запасшись попкорном. Добавляло масла в огонь и то, что сами оригинальные препринты вышли с драмой: соавторы обвиняли друг друга в нарушении научной этики – говорили, что статьи выложены без разрешения соавторов, втихую. При этом сами препринты содержали видимые ошибки в графиках и множество неточностей, что несколько затрудняло процесс репликации (поди разбери – у тебя получилось ровно то, что надо, или какой-то иной материал?).
В скором времени, камушки «летали» уже в нескольких лабораториях, и на все проблемы препринтов всем стало окончательно плевать. Спустя неделю вышли теоретические статьи с численными расчетами структуры материала, которая оказалась близкой к ожидаемой от сверхпроводника. Хотя множество других материалов могли обладать такой структурой, новый всплеск хайпа было уже не остановить: не только камни летали, но уже и «теория всё доказала»!!
Но дальше всё пошло немножко под откос: на прошлой неделе стали появляться более серьезные исследования нового материала, и пока ни одно из них не показывает желанных свойств сверхпроводника. Да, он летает в магнитном поле – но просто как обычный ферромагнит. Если в более ранних статьях можно было говорить о том, что материал был «не тот», «не так его синтезировали» – то здесь структура уже подтверждена с точностью.
В одном совсем свежем исследовании ученые сделали чистый LK-99 без всяких примесей – и он оказался не только не сверхпроводником, а и вовсе отличным изолятором! А все свойства, которые заставляли его быть похожим на сверхпродник, были на самом деле из-за примесей сернистой меди, попадавших в процессе производства (почему эти примеси дают такой эффект, объясняется в отдельной статье).
В общем, пока из множества попыток воспроизвести наблюдения ни одна не показала сверхпроводимости. Возникает ощущение, что на этом открытие можно закрывать – на текущий момент складывается консенсус, что сверхпроводимостью в LK-99 и не пахнет. Конечно, можно дождаться еще независимых проверок, публикации результатов в рецензируемых статьях и прочего – но поводов для оптимизма всё же не так много...
Впрочем, сама Александра Iris, кажется, не теряет оптимизма: она продолжает твитить рассуждения о ходе своих мыслей по поводу LK-99, а также троллит своих критиков с помощью отповедей, стилизованных под визуальные аниме-новеллы. Если я правильно понимаю, она считает, что сам по себе LK-99 не является сверхпроводником; однако при этом говорит, что эффект Мейснера в синтезированной ей крупинке она наблюдала своими глазами и... не знаю, тут я уже запутался, какие конкретно из этого надо сделать выводы – но лично я не исключаю, что эдак через полгода мы увидим новую интересную научную статью от некоего московского исследовательского института.
В конце концов, на опубликованном Александрой селфи что-то такое и происходит – увлеченные люди пилят в лаборатории какую-то вундервафлю...
Иногда всё-таки очень хочется верить в то, что люди с аниме-аватарками, обладающие обскурными знаниями древних советских мудрецов, способны спасти мир – верно?
* * *
Если эта статья соберет много лайков, мы с Михаилом Коробко постараемся сделать к ней follow-up с комментариями от самой Александры Iris, а также с мнением какого-нибудь физика-спеца непосредственно в области сверхпроводимости. Если не хотите пропустить следующие материалы по теме – то приглашаем вас подписаться на ТГ-каналы авторов: Гомеостатическая Вселенная Михаила Коробко (для тех, кто хочет шарить за физику и науку) и RationalAnswer Павла Комаровского (для тех, кто за рациональный подход к жизни, но предпочитает чуть попроще).
23 июля корейские учёные Сокпэ Ли, Чжихун Ким и Янг-Ван Квон опубликовали препринт об открытии сверхпроводимости при температуре <127°С (400°К). В статье описывался процесс изготовления материала, структура и давались ошеломляющие результаты. Препринт сразу заметили, несколько десятков групп по всему миру бросились проверять результаты. Горячая сверхпроводимость стала первым научным результатом, который бурно обсуждается в соцсетях по всему миру.
Журналисты нашли в Сеуле лабораторию (Quantum Energy Research Centre Inc) где работали авторы открытия. Лаборатория в подвале четырехэтажного дома, закрыта, у входа стоят незабранные бутылки с водой, доставленные несколько дней назад.
Корейцы могли дать образец для проверки данных. Боялись, что украдут информацию? Можно было провести серию экспериментов под их контролем.
Вряд ли стоит ждать подтверждения открытия.
Как и почему могла произойти подобная ошибка?
Вся наука строится на том, что ученые публикуют результаты своих работ с подробным описанием всех необходимых данных для повторения эксперимента. Именно этим наука отличается от алхимии, секреты которой открывали только узкому кругу посвященных. Массовая публикация результатов стала возможной после изобретения книгопечатания, а в 17 веке стала обязательной у ученых. Такой подход делает бессмысленной публикацию заведомо ложной информации. Другие ученые быстро проверят сенсационный результат, если он не подтвердится, то авторы навсегда потеряют репутацию.
И тем не менее фейки в науке иногда случаются. Почему?
Разные причины.
Есть лжеученые. Такие товарищи долбят известные научные учреждения и требуют рассмотрения своих работ. Иногда им удаётся заморочить голову верхам, как это было с торсионными полями, которые исследовались в 80х в секретных лабораториях СССР под крышей КГБ и МинОбороны.
В Штатах печально прославилась Элизабет Холмс, основательницы компании «Theranus». Суть изобретения - приборчик, который по одной капле крови из пальца выдает полный анализ крови и ещё много чего. Милая, симпатичная и харизматичная ученая сумела обаять американских инвесторов на 1 (один) миллиард $$. Вся эпопея тянушась 15 лет, с 2003 по 2018. Недавно был суд, Элизабет дали 11 лет. Сейчас смотрю минисериал про неё - «Выбывшая»
Есть намеренные фальсификаторы. На 5 курсе физфака МГУ мой близкий друг работал в маленькой лазерной лаборатории. Руководитель - молодой перспективный кандидат физмат наук, лет 35, два студента, аспирант. И открыли эффект. Не ужас-ужас какой важный, но интересный. Между собой шутили, что эффект назовут именем завлаба. Изучали год-полтора, эффект был неустойчивый. То есть, то нет. В итоге выяснилось, что химичил сам молодой перспективный завлаб. На физфаке в таких случаях скандал не поднимали, репутация факультета дороже, просто человек должен был быстро-быстро уволиться. Куда он пойдет после этого - никого не интересовало. Мог и ученым остаться. Но не у нас.
Бывают добросовестные заблуждения. Я на таком один раз попал. Со второго курса занимался анализом потоков заряженных частиц в околоземном пространстве по данным спутников. Персональных компов не было, интернета тоже, военные ребята давали нам распечатки данных счетчиков радиации со спутников, по этим таблицам строили графики остро заточенными цветными карандашами на миллиметровке. Ну, а потом смотришь на эти графики, ищешь неожиданные всплески/спады, думаешь, в библиотеки ходишь, книжки, доклады симпозиумов читаешь. Прикольно. Типа детектива. Надо найти эффект и его объяснить. В межпланетном масштабе. Ну, я и обнаружил эффект. Полгода обрабатывал, теоретически объяснял. Должен был стать основой диплома и будущей диссертации. Когда до диплома оставалось месяца четыре, научный руководитель сказал: «А знаешь, сходи к Людмиле Васильевне. Расскажи и послушай, что она скажет». Пошел я, сели, начал я рассказывать свое открытие, а Людмила Васильевна меня перебивает и спрашивает: «За какой период данные спутника?» Я сказал. «В это время спутник был уже в верхних слоях атмосферы, нагрелся и датчики выдавали белый шум.» Блииин…. Присмотрелся я к графикам, так и есть. Банальный белый шум, анализируя который я умудрился найти какие-то закономерности. На первом курсе лектор нам говорил: «Есть поговорка: можно обмануть других, нельзя обмануть себя. Это не так. Ученые как правило сначала обманывают себя, а уже потом окружающих». Больше у меня таких ляпов не было. Защитился нормально.
А в мировом масштабе самый известный случай добросовестного заблуждения - холодный термояд Пондса и Флейшмана, объявленный в 1989. Ученые делали электролиз с палладиевыми стержнями и наблюдали свободные нейтроны, как при реакции синтеза. Проверили - не подтвердилось.
Кстати, ученые продолжают работать над холодным термоядом. В 2019 была публикация в Nature о проекте, финансируемом Гуглом.
После публикации корейских ученых акции корейских компаний по сверхпроводникам взлетели в 2-3 раза и сейчас медленно сползают. Обсуждают вариант, что ученые намеренно запустили публикацию, чтобы заработать на биржевой игре. Сюжет для голивудского блокбастера - группа ученых нахлобучивает биржевых трейдеров.
Ну, а с горячей сверхпроводимостью?… Если честно, то я уже не верю, что подтвердится.
Нынешние теории сверхпроводимости горячую сверхпроводимость не запрещают. Может позже откроют?
Эта статья продолжение серии:
Найден Грааль физики - горячая сверхпроводимость?
LK-99 - сверхпроводник лета
ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ О ГОРЯЧЕЙ СВЕРХПРОВОДИМОСТИ LK-99
Небольшой кусок синтезированного сверхпроводника LK-99 левитирующий над магнитом, был сенсацией в Твиттере. Хён Так Ким
Перевод статьи New York Times 3 августа 2023 года. Автор Кеннет Чанг
Пользователи социальных сетей взволнованы тем, что стало бы прорывом в физике твердого тела, но многие эксперты в этой области осторожно настроены на скептицизм.
Когда у Шинейд Гриффин из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Калифорнии появились новые выводы о, казалось бы, волшебном материале, который заставил пользователей Twitter сходить с ума, ей не пришлось много делать, чтобы привлечь много внимания.
Необычный материал под названием LK-99 был представлен миру как сверхпроводник, который будет передавать электричество при комнатных температурах с нулевым сопротивлением.
В Twitter - или X, как переименовал его Илон Маск - "LK-99" был популярной темой в последние дни, и энтузиасты приветствовали то, что они считают долгожданным святым Граалем физики, который преобразит повседневную жизнь с помощью новых технологий для решения проблемы изменения климата и превращения левитирующих поездов обычным явлением.
В понедельник вечером доктор Гриффин сообщила миру социальных сетей о своих выводах в коротком посте, который содержал только ссылку на ее предварительную статью и анимированный GIF президента Барака Обамы, уронившим микрофон на ужине корреспондентов Белого дома в 2016 году.
Реакция была восторженной. Падение микрофона было интерпретирована некоторыми пользователями X как подтверждение того, что Святой Грааль был найден.
Таким образом, Доктор Гриффин обеспечила еще один крутой поворот в американских горках волнения, которые уже более недели притягиаают поклонников LK-99 .
Сага началась, когда команда южнокорейских ученых, большинство из которых работает в крошечной стартап-компании под названием Quantum Energy Research Center в Сеуле, опубликовала два отчета, в которых описывалась техника изготовления LK-99 и измерения, которые, по их словам, показали сверхпроводящие свойства материала. (Название материала происходит от инициалов фамилий двух ученых - Сукбе Ли и Джи Хун Кима - и 1999 года, когда, как они говорят, они впервые синтезировали LK-99.)
Наиболее поразительно, что они предоставили видео, показывающее небольшой образец, частично левитирующий над магнитом. По словам ученых, левитация продемонстрировала эффект Мейсснера, который обеспечивается нулевым магнитным полем внутри сверхпроводника.
Алекс Каплан, который когда-то специализировался по физике в Принстоне, узнал об LK-99 на Hacker News, веб-сайте агрегации новостей.
"Я был просто шокирован", - сказал г-н Каплан в интервью. "Моя челюсть упала на пол, и я начал звонить каждому другу, которого знал в физике".
В ту ночь он поделился своим волнением в Твиттере.
С этим твитом, который получил более 132 000 лайков, г-н Каплан присоединился к группе поклонников LK-99, которые вызвали волнение в социальных сетях на прошлой неделе. Однако большинство энтузиастов не являются экспертами. Г-н Каплан, например, работает руководителем кофейного продукта в Cometeer, компании, которая продает экстракт замороженного кофе.
Ученые, изучающие сверхпроводимость и физику твердого тела, были тише. Они ценят любопытство - их работа редко вызывает безумие общественного радости - но они озадачены тем, почему это конкретное заявление о сверхпроводниках комнатной температуры дико взлетело, в то время как многие более ранние утверждения, которые не подтвердились, приходили и уходили без фанфар.
"Это великолепно, что общественность заинтересовалась исследованиями в области физики твердого тела", - сказала доктор Гриффин. “С должной осторожностью, что это объясняется правильно, и с оговорками, которые, я думаю, необходимы для некоторых из этих обсуждений. Но вообще я думаю, что это весело".
Скептикизм сохраняется, потому что данные, предоставленные корейскими учеными до сих пор не являются убедительными, говорят многие эксперты.
"Еще слишком рано делать вывод о сверхпроводимости", - сказал Санкар дас Сарма, директор Центра теории конденсированных сред в Мэрилендском университете. "Эты данные чрезвычайно возможны, но они ни в коем случае не убедительны (на 100%)".
Доктор Дас Сарма опубликовал комментарии в аккаунте центра в Twitter. Например, он отметил, что при температуре, которая, по утверждению корейских ученых, LK-99 превращается в сверхпроводник, электрическое сопротивление падает, но не до нуля. Действительно, сопротивление материала, изготовленного из минерального апатита с некоторыми атомами свинца, замененными медью, примерно в 100 раз выше, чем у чистой меди и других хорошо проводящих металлов.
Видео о левитации также не является окончательным, потому что не сверхпроводящие материалы, включая графит, также могут частично плавать таким же образом.
В прошлые выходные г-н Каплан, который начал большую часть первоначального ажиотажа, опубликовал изображение мяча Magic 8, в котором говорилось: «Вероятно, все кончено». Затем он увидел статью доктора Гриффина.
В интервью доктор Гриффин сказала, что ее статья под названием «Происхождение коррелированных изолированных плоских полос в медном свинцово-фосфатном апатите» не подтвердила шумиху.
"Я точно не описываю сверхпроводимость в этих расчетах", - сказала она. Скорее, ее компьютерное моделирование показывает, что замена меди в апатите действительно привела к необычному перестройке атомов. Объем кристаллической структуры минерала на самом деле немного уменьшился. Это, в свою очередь, похоже, смещает электронную структуру на ту, которая может способствовать сверхпроводимости.
Электронные функции, известные как "плоские полосы", похожи на то, что наблюдалось в высокотемпературных сверхпроводниках, классе материалов, обнаруженных в 1980-х годах. (Название - высокотемпературные сверхпроводники - несколько вводит в заблуждение. Они работают при температурах значительно теплее, чем наблюдалось ранее, но все еще холоднее, чем любое естественное место на Земле.)
Особенности могут облегчить сильное взаимодействие между большим количеством электронов, что может привести к сверхпроводимости, но не всегда.
Доктор Гриффин признает, что расчеты электронной структуры менее окончательны, чем ее выводы об усадке кристалла из-за огромного количества задействованных электронов. "Существует много приближений, которые вы должны сделать при этом", - сказала она. "Это не окончательный расчет того, что вы измеряете в эксперименте".
Группа китайских ученых опубликовала статью, описывающую аналогичные расчеты, которые нашли аналогичную электронную структуру.
"Я действительно не испытываю волнения по поводу ее препринта", - сказал Дуглас Нательсон, профессор физики в Университете Райса в Хьюстоне. "Это не значит, что это неправильно, просто то, что теоретики и люди из вычислительных материалов очень часто производят препринты на основе последнего заявленного интересующего материала. В этом нет ничего исключительного".
В среду за публикацией доктора Гриффин последовала длинная череда твитов, сдувающая оптимистичные интерпретации микрофонного GIF.
Цикл волнения и дефляции повторился позже в тот же день, когда ученые Юго-Восточного университета в Нанкине, Китай, сообщили, что они синтезировали LK-99 и измерили нулевое сопротивление в одном из образцов.
Однако сообщенное нулевое сопротивление произошло, когда образец охлаждался до минус 126°С, а не комнатной температуры, и это было постепенное снижение электрического сопротивления, а не резкое падение, которое можно было ожидать от сверхпроводника. Данные также показали падение сопротивления при более высоких температурах, которое ученые Юго-Восточного университета приписывают примесям или инструментальному сбою.
Доктор Дас Сарма снова не был впечатлен. "Юго-Восточный Университет (КНР) также не получил перехода", - написал он в твиттере. "Никто не может обмануть природу".
Доктор Дас Сарма сказал, что он знает, что исследовательские группы нескольких видных физиков работают над синтезом материала и проведением измерений, чтобы определить, действительно ли LK-99 является сверхпроводником.
"Заявка на это огромное достижение должно быть тщательно изучено", - д-р Дас Сарма сказал. "И должны быть дублированы независимыми группами как можно больше вариантов проверили, прежде чем мы объявим о победе".
Он добавил: "Я считаю, что это может произойти. Но это не значит, что это произошло".
Автор статьи Кеннет Чанг работает в The Times с 2000 года, пишет о физике, геологии, химии и планетах. Прежде чем стать научным писателем, он был аспирантом, чьи исследования были связаны с контролем хаоса.
Появились первые независимые исследования по проявлению сверхпроводимости при комнатной температуре и обычном атмосферном давлении. Без связи друг с другом учёные из США и Китая повторили условия корейского эксперимента и получили похожие результаты. И хотя победу праздновать рано, надежда на чудесное открытие не угасает, хотя многие исследователи по-прежнему настроены очень скептично.
Левитация немагнитного материала LK-99 в магнитном поле. Источник изображения: Hyun-Tak Kim
Напомним, в конце июля на сайте arXiv появились две статьи, в которых учёные из Южной Кореи сообщили об открытии сверхпроводимости при обычных условиях. Синтезированный учёными материал LK-99 демонстрировал все характеристики, свойственные сверхпроводникам. В частности, он обладал нулевым сопротивлением току при температуре около 30 °C и полностью терял сверхпроводимость после 127 °C. Также этот немагнитный материал проявлял эффект Мейсснера — парил в воздухе в магнитном поле.
Более ста лет движения в потёмках в поисках высокотемпературных сверхпроводников не позволяют учёным мира встретить такую удачу с распростёртыми объятиями. Скептики нашлись сразу. Но для полноценного опровержения или подтверждения открытия необходимо нечто большее — повторение результатов работы. И первые шаги на этом пути сделаны. Как минимум, две научные группы сообщили, что материал LK-99 соответствует ожиданиям от высокотемпературных сверхпроводников.
Так, специалист из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли Синеад Гриффин (Sinéad Griffin) проанализировала оригинальную статью на суперкомпьютере лаборатории. Моделирование подтвердило заявленные корейцами характеристики материала LK-99. Иначе говоря, в теории всё выглядит правдоподобно. Более того, было получено подтверждение, почему образец LK-99 левитировал как-то однобоко.
Как показал анализ, эффект сверхпроводимости проявляется не во всём материале, а только в областях, где кристаллическая решётка обладала наибольшей энергией. Поскольку всё во Вселенной стремится свести свои энергетические состояния к минимальному уровню, энергичные области и сверхпроводимость сами собой не появятся. К этому их необходимо будет подталкивать всеми возможными способами, что, в принципе, решается. О проделанной работе г-жа Гриффин сообщила в специальном письме, которое опубликовано на сайте arXiv.
Ещё дальше пошли китайские учёные из Хуачжунского университета науки и технологии. Они воспроизвели в лаборатории представленный корейцами процесс и самостоятельно синтезировали образец материала LK-99. Полноценного исследования образца пока не было или нам об этом неизвестно, но они проделали самый доступный опыт — поднесли к нему магнит и увидели, как немагнитный образец поднимается в воздух, что с большой вероятностью соответствует сверхпроводимости в комнатных условиях. Правда, демонстрационное видео выглядит несколько странно.
Можно не сомневаться, что множественные эксперименты с LK-99 сейчас проводятся в массе больших и малых лабораторий мира. Нюанс в том, что доверия к малоизвестным лабораториям нет, а серьёзные научные институты стараются блюсти авторитет, и не будут спешить с публикациями. Но известно, по крайней мере, о семи работах в этом направлении, среди которых можно выделить две полярные: исследование в Национальной физической лаборатории Индии, которое пока не может подтвердить наличие комнатной сверхпроводимости «в полном объёме» образца LK-99, чтобы это ни значило, и опыты на кухне российской энтузиастки под ником Iris Alexandria, которая упрекает южнокорейских коллег в плохом знании химических процессов и даёт рекомендации по улучшению синтеза LK-99.
Безусловно, если свойства материала LK-99 как сверхпроводника подтвердятся в полном объёме, это станет новой страницей в истории Земли. Подобное всколыхнёт общество и уже обрастает легендами. Слухи говорят о конфликте в коллективе южнокорейских учёных, об увольнениях и отзывах научных статей, о путанице в описании техпроцесса, об изменениях статей в ответ на вопросы научного сообщества, о случайности открытия (герметичная капсула с образцом была случайно разбита, когда её доставали из печи) и о многом другом, что неизбежно сопровождает события, которые будет иметь для всех серьёзные последствия. Надеемся, что это будет именно так. Миру нужны хорошие новости.
Вот видео с высокотемпературным сверхпроводником YBCO (оксид иттрия-бария-меди).
Сам сверхпроводник - черный керамический диск на дне пенопластовой коробки. В пенопласт заливается жидкий азот (температура 78 К) для охлаждения керамики. В этом видео я вылил азот, и, пока керамика не нагреется выше 93К, она остается сверхпроводящей.
Обычно со сверхпроводниками демонстрируют эффект Мейснера - вытеснение магнитного поля из сверхпроводника. В этом случае сверхпроводник парит над магнитом. В видео ниже я положил YBCO внутрь алюминиевого "корпуса" в виде летающей тарелки:
Возможно, вы обратили внимание, что "дорога" сделана из трёх рядов магнитов - центральный ряд лежит другим полюсом кверху. Это сделано, чтобы в магнитном поле была "яма", в которой и дрежится летающая тарелка. Именно поэтому она не соскальзывает в сторону и "следует" за "дорогой".
Теперь вернемся к первому видео: сверхпроводник парит над магнитом, но если я его переворачиваю, то он висит под ним и не падает. Весь секрет в захвате магнитного потока. Если материал переходит в сверхпроводящее состояние во внешнем магнитном поле, то он не вытесняет весь магнитный поток из своего объема, а "замораживает" его. Т.е. становится постоянным магнитом.
Итого:
Если охладить сверхпроводник без внешнего магнитного поля, то он будет парить над магнитом ( и стараться с него соскочить, если форма поля позволит) - прямо как в видео №2: я положил щипцами летающую тарелку в термос с жидким азотом, а потом достал ее и поставил на магниты.
Если охладить сверхпроводник во внешнем магнитном поле, то он захватит весь или часть магнитного потока и станет постоянным магнитом. В первом видео я положил коробку с керамикой на магниты и налил в нее жтдкий азот, чтобы охладить сверхпроводник во внемшнем магнитном поле.
P.S. Я специально не разводил тут про сверхпроводники первого и второго рода и тому подобные тонкости. Специалисты могут блеснуть своими знаниями в комментариях. Часть моих постов можно найти тут.