Възходът и падението на възможния свръхпроводник, който завладя интернет
Когато учени заявиха, че са открили свръхпроводник със стайна температура, наречен LK-99, стартира яростна надпревара за възпроизвеждане му – както в професионални, така и в любителски лаборатории, в търсене на революционен пробив в науката за материалите, пише за Forbes Алекс Кнап.
В края на юли Андрю Маккалип започва да предава на живо в Twitch, което само по себе си не е необичайно. Необичаен обаче е броят на хората, които го гледат – над 16 000 души, което го изстрелва в топ 5 на стриймовете в популярния сайт. За човек, който по онова време има по-малко от 600 последователи, това е сериозно постижение. Особено като се има предвид, че той не играе на видеоигра – просто смесва химически прахове и ги нагрява до над 1300 градуса по Фаренхайт, размесва резултатите и ги нагрява отново. Всичко това в опит да възпроизведе рецептата за получаване на вещество, наречено LK-99. “Започнахме живото предаване наистина като шега”, казва Маккалип, инженер в стартъпа Varda Space Industries, пред Forbes. “Какво може да е по-скучно от това да гледаш как работи нашата пещ?”
Феновете на Twitch не са единствените, внезапно обсебени от веществото, чиито образци бяха показани като магнитно левитиращи във видеоклиповете на учените. Докато изследователи в областта на материалите и любители се втурнаха да пресъздават LK-99 в своите лаборатории, технологични светила като основателя на Spotify Даниел Ек и “Kраля на SPAC” Чамат Палихапития публично разгласяваха последните разработки в социалните медии, заедно с орди от любители на науката и технологиите.
Това, което привлече вниманието на интернет обществеността, бяха необикновените твърдения за LK-99, описан в предварителен документ от група изследователи от Корейския изследователски център за квантова енергия като “първият свръхпроводник със стайна температура при околно налягане”. Ако се потвърди, това вещество би имало потенциала да революционизира компонентите на електрониката и да направи възможни продукти, които иначе не биха могли да бъдат създадени.
Въпреки че научният свят няма да произнесе официална “присъда” в продължение на месеци, докато учените възпроизвеждат веществото, тестват го и подлагат резултатите си на експертна оценка, първите експерименти убедиха повечето изследователи в областта, че LK-99 не е свръхпроводник. Но моментната обсесия на интернет от този материал показва истински оптимизъм по отношение на откриването на технология, която може да доведе до напредък в широк спектър от индустрии.
Революционните възможности на свръхпроводимостта
За да разберем по-добре какво е предизвикало цялото вълнение, нека се върнем малко назад към основите. Електрически проводник е този, в който електроните се движат съвсем свободно. Обикновено проводниците са метали, като мед, злато и сребро. Но те не са съвършени – електроните не се движат безпроблемно през проводника. Движението им напомня по-скоро на това на тълпа от хора, които се опитват да излязат от стадиона след мач. Дори когато има много място, те спират, тръгват, блъскат се един в друг и понякога се забавят. В електрическите вериги това се нарича съпротивление. За електроните цялото това съпротивление генерира топлина, поради което компютърът ви е оборудван с вентилатори, които го охлаждат.
Свръхпроводниците, от друга страна, позволяват почти идеален поток от електрони без съпротивление, така че не генерират топлина. Когато свръхпроводниците се използват за направата на електромагнити, те са едновременно компактни и мощни – тяхното изобретяване през 70-те години на миналия век направи възможно изобразяването с ядрено-магнитен резонанс. Но има една уловка: те показват нулево съпротивление само при изключително ниски температури, което за повечето от тях е близо до абсолютната нула. Това ги прави непрактични за използване в повечето ситуации. А за да се поддържат в работно състояние за приложения като ЯМР във вашата болница или квантови компютри, те трябва да се охлаждат с течен хелий, което е обемист и скъп процес.
Ето защо перспективата за създаване на свръхпроводник със стайна температура, който да работи при нормално атмосферно налягане, е вълнуваща: той може да направи производството и разпределението на електроенергия значително по-ефективни. В момента Министерството на енергетиката в САЩ изчислява, че около 5 % от електричеството, произведено в страната, се губи по пътя от електроцентралите до потребителите – сума на стойност около 65 млрд. долара.
Но това не е единственото предимство на свръхпроводниците със стайна температура. В доклад на инвестиционната банка Jefferies от август се посочват приложения като по-евтини апарати за ядрено-магнитен резонанс и подобрена достъпност на квантовите компютри; намалени разходи за магнитите, използвани за постигане на ядрен синтез, което го прави по-жизнеспособен за комерсиализация; и използване на процесите на магнитна левитация на свръхпроводниците за изграждане на по-бързи влакове.
Премахването на съпротивлението на нормалните електрически проводници има и ежедневни практически приложения. “Един от основните разходи за електрониката на медна основа не е цената на енергията, загубена при съпротивлението, а цената за отстраняване на получената топлина”, казва в имейл за Forbes Кейси Хандмер, физик, основал стартъпа за зелена енергия Terraform. “Всички приложения с висока мощност, включително електродвигатели, зарядни устройства за батерии, преобразуватели на енергия и особено компютри, потенциално биха могли значително да подобрят плътността на мощността и производителността си с използването на свръхпроводници със стайна температура.”
Свръхпроводникът със стайна температура обаче не може да промени света за една нощ. “Преминаването към нещо, което ще замени медта, ще изисква много технологична работа “, казва Принеха Наранг, професор в Калифорнийския университет, който изследва нови материали. Медта е изключително евтина. Всичко, което ще я замени, трябва да има ясни ценови предимства. Част от очарованието на LK-99 може да се дължи на факта, че е направен от олово, мед и фосфор – материали, които са сравнително евтини и в изобилие.
Привлекателната алхимия на LK-99
Това не е първият случай, в който твърдения за свръхпроводим материал се разпространяват в интернет, казва Инна Вишик, физик от Калифорнийския университет в Дейвис. “Те се появяват на всеки няколко години.” Ако случаят е такъв, защо LK-99 предизвика такъв огромен интерес? Отчасти, казва Вишик, това може да се дължи на факта, че е доста лесен за възпроизвеждане. Много лаборатории са имали под ръка повечето от необходимите материали. “Това е сравнително евтино и нискотехнологично”, каза тя.
Друга причина, добавя Дейвид Ларбалестиер, главен учен по материалите в Националната лаборатория за високи магнитни полета, е фактът, че първоначалната статия не е била очевидно измама или грешка: “Знаете ли, някои хора са направили откритие. Явно не са разбрали напълно какво е то. Но те възприеха оптимистична гледна точка, а след това представиха добра селекция с доказателства, така че хората да могат да ги разгледат и да преценят сами. Това не е глупост. Това не е замазване на очите.”
Тези два фактора създават интерес, особено в съчетание с факта, че учените не разполагат с добър начин да разберат дали даден материал може да стане свръхпроводник. “Свръхпроводниците са много трудни за предсказване”, казва Лесли Шуп, професор по химия в Принстън, чиято лаборатория възпроизвежда LK-99, но не установява, че той притежава свръхпроводникови свойства.
Суперпопулярността на експеримента също спомага за засилване на интереса сред учените. Шуп казва, че когато е прочела първата статия, не е смятала, че LK-99 е свръхпроводим материал, но се е почувствала длъжна да възпроизведе материала в собствената си лаборатория поради нивото на внимание към него. “Толкова много хора ми писаха за това, че почувствах, че трябва да го направя”, казва тя пред Forbes. “За да мога да дам по-добър коментар, отколкото просто да коментирам данните на други хора”.
Това повторение, заедно с други, публикувани от изследователи от Националната физическа лаборатория CSIR в Индия и Пекинската национална лаборатория по физика на кондензираната материя, установи, че макар LK-99 повърхностно да показва някои интересни магнитни свойства, както и намалено електрическо съпротивление в някои проби, той вероятно не притежава нито едно от свойствата, които правят свръхпроводника свръхпроводник.
Публикуваният миналата седмица задълбочен анализ от Института за изследване на твърдото тяло “Макс Планк” показва, че това, което предизвиква появата на свръхпроводимост, са вече добре разбрани механични промени в медта, причинени от метода, използван за създаването на LK-99.
“Не мисля, че това е път към свръхпроводимостта, но има нещо интересно в нея”, казва Вишик. Много от другите учени, които разговаряха с Forbes, изразиха подобни чувства. Една от светлите страни на силния обществен интерес към LK-99 е, че той предизвика любопитство в тази област, каза Шиниъд Грифин, физик от Националната лаборатория “Лорънс Бъркли”, чиято компютърна симулация на някои от свойствата на LK-99 стана суперпопулярна в Twitter. “Всъщност вече получих няколко имейла от ученици от гимназията, които ми задават въпроси”, каза тя.
Що се отнася до Маккалип, неговата работа също е свършена. Той е успял да възпроизведе LK-99 въз основа на формулата в статията и го е представил в лаборатория в Университета на Южна Калифорния. Тя установява, че създаденият от Маккалип материал, подобно на възпроизведените в други лаборатории, също не показва свръхпроводими свойства. Но след толкова голям интерес към експеримента му на живо, той също е развълнуван от общия ентусиазъм за наука, който LK-99 изглежда е предизвикал, особено за космическата компания, за която работи.
“Една от големите добавени стойности за нас беше, че стотици хора ни изпратиха биографиите си, които са фантастични”, каза той. “Така че, ако не друго, сега имаме много по-голям набор от таланти, които познават нашата компания. И съм благодарен за това.”