LK-99 Superconduttore dalla speranza della svolta alla più modesta realtà
LK-99 Superconduttore from hopeful breakthrough to modest reality
Quando gli scienziati sudcoreani hanno riportato una possibile scoperta nei superconduttori alla fine di luglio, le loro affermazioni hanno suscitato entusiasmo e scetticismo, mentre i ricercatori di tutto il mondo si sono affrettati a replicare gli esperimenti.
Un superconduttore del genere, che trasmette elettricità senza perdite energetiche a temperatura ambiente e pressione atmosferica normale, è un obiettivo fondamentale della scienza dei materiali. I sognatori sperano in superconduttori a temperatura ambiente che potrebbero massimizzare l’efficienza delle nostre reti energetiche e potenziare la produzione di energia da fusione; accelerare i progressi dei computer quantistici; o contribuire a inaugurare un’era di trasporti ultra veloci.
Nelle settimane successive a quel primo rapporto, però, la storia del superconduttore LK-99 si è concentrata su ciò che sta accadendo nei laboratori, il che ha rapidamente ridimensionato l’entusiasmo. Gli sforzi di replicazione e conferma hanno sostenuto gli scettici e fornito maggiore chiarezza su cosa sia e cosa non sia il LK-99.
Il 22 luglio, i fisici sudcoreani hanno caricato due articoli su arXiv, un repository per la ricerca preliminare, ovvero quella che deve ancora essere sottoposta a revisione tra pari e pubblicata su una rivista scientifica. È fondamentalmente come caricare una bozza del proprio lavoro. I ricercatori hanno affermato di aver prodotto il primo superconduttore a temperatura ambiente con una “struttura di apatite di piombo modificata” drogata con rame e chiamata LK-99.
Parte della “prova” fornita dal team era un video che mostrava il composto levitare su un magnete, una caratteristica chiave dei materiali superconduttori.
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Le audaci affermazioni hanno fatto un’enorme impressione agli esperti del settore.
“Le sostanze chimiche sono così economiche e non è difficile produrle”, ha detto Xiaolin Wang, uno scienziato dei materiali presso l’Università di Wollongong in Australia. “Ecco perché è come una bomba nucleare nella comunità.”
Ma ciò che è successo in quel laboratorio in Corea del Sud è stato solo un primo passo nel capire se i risultati potrebbero avere delle implicazioni pratiche per la tecnologia e il suo ruolo nella nostra vita. Avevamo bisogno di più dati e sin dall’inizio c’erano motivi per essere cauti.
Come funzionano i superconduttori e dove trovarli
Un superconduttore a temperatura ambiente autentico sarebbe una grande scoperta degna di festeggiamenti. I materiali moderni che utilizziamo per condurre l’elettricità, come i cavi di rame che alimentano la tua casa, sono inefficienti. Mentre gli elettroni attraversano il filo, urtano gli atomi del materiale, creando calore e perdendo energia. Questo si chiama resistenza elettrica, ed è la ragione per cui fino al 10% dell’elettricità viene sprecata durante il viaggio attraverso le linee di trasmissione fino alle case. Anche i nostri dispositivi elettronici subiscono perdite energetiche.
Ma se i fili e le linee di trasmissione fossero fatti di un materiale superconduttore, si potrebbero praticamente annullare queste perdite. Gli elettroni si combinano in coppie mentre attraversano il materiale e non urtano gli atomi tanto spesso, consentendo loro di fluire liberamente.
Materiali superconduttori esistono già e sono utilizzati in varie applicazioni, come le macchine a risonanza magnetica (MRI), in tutto il mondo. Tuttavia, questi richiedono temperature estremamente basse (avvicinandosi allo zero assoluto a circa meno 459 gradi Fahrenheit) o pressioni estremamente elevate (oltre 100.000 volte la pressione atmosferica).
Nel frattempo, Central Japan Railway sta costruendo un sistema di levitazione magnetica superconduttiva per trasportare passeggeri tra Tokyo e Nagoya. Il treno SCMaglev utilizza ruote di gomma per raggiungere velocità di circa 93 miglia all’ora prima che entri in funzione il sistema magnetico superconduttivo. Dovrebbe essere in grado di raggiungere velocità di 311 miglia all’ora.
Il processo richiede una lega di niobio-titanio superconduttiva, che viene raffreddata a meno 452 gradi Fahrenheit con elio liquido.
Un superconduttore a temperatura ambiente come il LK-99 renderebbe questo sforzo molto più economico e significherebbe che non c’è bisogno di accumulare elio. (Contrariamente a alcune preoccupazioni dei media degli ultimi anni, non ci stiamo per quedando senza elio a breve, ma viene prodotto solo in pochi paesi, quindi problemi di approvvigionamento possono causare forti aumenti di prezzo.)
L’euforia e lo scetticismo del LK-99
Finsta dall’inizio, Wang e altri esperti di superconduttività erano scettici riguardo all’esperimento originale del LK-99, evidenziando incongruenze nei dati. Ha detto che i risultati non dovrebbero essere esaltati “fino a quando non saranno forniti dati sperimentali più convincenti”. Il suo team dell’Università di Wollongong ha iniziato a lavorare sulla replicazione dei risultati, ma ha avuto difficoltà con la fabbricazione del campione.
In un’intervista con la rivista Science pubblicata il 27 luglio, Michael Norman, fisico presso l’Argonne National Laboratory, è stato diretto. Ha detto che il team sudcoreano “sembrava davvero dilettante”.
All’inizio di agosto, i tentativi di seguire la ricetta e confermare la superconduttività LK erano per lo più falliti. Monitorare l’impennata dei nuovi esperimenti di superconduttività da parte di vari laboratori e individui era diventato una sorta di industria casalinga.
Su X, il social network precedentemente noto come Twitter, LK-99 è stato un trend per giorni. È ufficialmente entrato nel Territorio dei Meme – tutti parlano di “rocce fluttuanti” – e ha generato alcune affermazioni stravaganti, con molti che hanno notato l’abbondanza di account che si trasformavano rapidamente da promuovere investimenti in intelligenza artificiale a sostenere improvvisamente azioni nei superconduttori. Le azioni dell’American Superconductor Corporation sono raddoppiate immediatamente dopo il 27 luglio, ma sono rapidamente tornate ai livelli precedenti.
Anche il CEO di OpenAI, l’azienda produttrice di ChatGPT, Sam Altman, ha commentato scherzando: “Amo queste email da parte dei recruiter che chiedono 2+ anni di esperienza con lk-99.”
Lo scetticismo intorno a LK-99 è ben fondato. Nel corso degli anni, molte squadre hanno affermato di aver scoperto superconduttori a temperatura ambiente. La maggior parte di queste affermazioni non ha resistito alla scrutinio scientifico.
Ad esempio, nel 2020, un team guidato da Ranga Dias, un fisico presso l’Università di Rochester a New York, ha pubblicato prove di un superconduttore a temperatura ambiente nella prestigiosa rivista Nature. L’articolo è stato ritirato nel settembre 2022 dopo che sono stati sollevati dubbi sul modo in cui i dati nel documento sono stati elaborati e analizzati. Gli autori sostengono che i dati grezzi forniscono un forte supporto alle loro affermazioni, ma la replicazione del loro esperimento non è stata raggiunta.
Le conseguenze di LK-99
Quindi cosa significa LK-99 per te? In questo momento, probabilmente non molto, a meno che tu non voglia addentrarti in un labirinto di fisica su X e farti coinvolgere nel momento. Nel futuro prossimo, nemmeno molto.
La replicazione degli esperimenti LK-99 si è rivelata in gran parte un fallimento. Due studi di due gruppi di ricerca separati, pubblicati su arXiv il 31 luglio, non sono stati in grado di replicare la ricerca sudcoreana. Alcuni comportamenti di superconduttività del materiale sono stati osservati in campioni molto piccoli dai ricercatori cinesi, ha notato Wang.
Con l’entusiasmo al culmine, gli studi teorici si sono affrettati a cercare di spiegare le caratteristiche di LK-99.
Sinéad Griffin, una fisica presso il Lawrence Berkeley National Laboratory, ha fornito un’analisi delle capacità di LK-99 utilizzando simulazioni supercomputer. (Il post di Griffin su X era accompagnato da un meme di Barack Obama che lascia il microfono.) Questo studio è stato anche pubblicato su arXiv come preprint.
I fisici che hanno commentato il lavoro di Griffin erano scettici sul riferimento al microfono lasciato cadere e non erano convinti che fornisse alcuna prova solida di superconduttività. Griffin stessa ha chiarito i suoi risultati in un thread su X, dicendo che né provava né forniva prove di superconduttività nel materiale, ma mostrava interessanti proprietà strutturali ed elettroniche che hanno caratteristiche in comune con i superconduttori ad alta temperatura (cioè ben al di sopra dei meno 452 gradi Fahrenheit, ma molto, molto al di sotto della temperatura ambiente).
A metà agosto, un articolo pubblicato sulla rivista Nature ha citato prove sempre più evidenti che LK-99 non è un superconduttore, compresa un’esperimento che riproduce la levitazione parziale utilizzando un materiale che non è un superconduttore. Citava Inna Vishik, una sperimentatrice di materia condensata presso l’Università della California, Davis: “Penso che le cose siano decisamente chiare a questo punto.”
Anche se LK-99 di per sé non è il Santo Graal, potrebbe essere un materiale interessante di per sé, aprendo la possibilità di cercare superconduttori a temperatura ambiente in modi nuovi e inaspettati. Se in qualche modo alla fine portasse a un superconduttore a temperatura ambiente, allora le possibilità potrebbero davvero aprirsi.
Giuseppe Tettamanzi, docente senior presso la School of Chemical Engineering dell’Università di Adelaide, fa notare che da molto tempo gli scienziati stanno pensando di sostituire i cavi di rame della rete elettrica con cavi superconduttori, una mossa che potrebbe comportare enormi risparmi energetici. Menziona anche i benefici per i computer quantistici e i trasporti.
“Il limite qui è il cielo”, ha detto.
Osservare la scienza in azione è emozionante e la passione per LK-99 è stata un bel cambiamento nel feed di X, almeno per me. Ma la scienza, in azione, richiede tempo e non dovrebbe trarre conclusioni affrettate sulle ramificazioni che cambiano il mondo. Ecco perché il lavoro dei replicatori è così importante.
