新しい部屋

この画期的な進歩は、いつか電気エネルギーを使用する技術を変革する可能性がありますが、超伝導体に関する論文の撤回を受けて疑問に直面した研究チームからのものです。

ランガ・P・ディアス率いるロチェスター大学の研究室で超電導実験に使用するため、顕微鏡下でダイヤモンドアンビルセルに置かれたダイヤモンド。クレジット...ローレン・ペトラッカ、ニューヨーク・タイムズ紙

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ケネス・チャン著

この記事の取材の一環として、ケネス・チャンは、新しい超電導材料が研究されているニューヨークのロチェスター大学の研究室を訪問しました。

科学者たちは今週、日常の状況で楽に電気を伝えることができる材料の夢に向けた興味深い進歩を発表した。 このような画期的な進歩は、電気エネルギーを使用するほぼすべての技術を変革し、携帯電話、磁気浮上列車、将来の核融合発電所の新たな可能性を開く可能性があります。

通常、電気の流れはワイヤ中を移動する際に摩擦のような抵抗に遭遇し、エネルギーの一部が熱として失われます。 1世紀前、物理学者は現在超伝導体と呼ばれている、電気抵抗が魔法のように消えた物質を発見しました。 しかし、これらの材料は、この世のものとは思えないほどの超低温でのみ耐性を失い、実際の用途は限られていました。 何十年もの間、科学者たちは室温で動作する超伝導体を探してきました。

今週の発表はその取り組みの最新の試みだが、有望だが実用性が低い超電導材料について記述した2020年の論文が、他の科学者がデータの一部に疑問を呈したことを受けて撤回されたため、幅広い懐疑的な見方に直面している研究チームによるものだ。

新しい超電導体は、希土類金属であるルテチウムと、少量の窒素を混ぜた水素で構成されています。超電導能力を発揮するには、1平方インチあたり145,000ポンドの圧力まで圧縮する必要があります。 これは、海の最も深い海溝の底にかかる圧力の約10倍です。

しかし、それは2020年の結果が要求した値の100分の1にも満たず、これは地球の深さ数千マイルで発見された圧搾力に似ていた。 このことは、この材料をさらに研究すれば、室温および通常の大気圧である 14.7 ポンド/平方インチで動作する超電導体が得られる可能性があることを示唆しています。

「これは実用化に役立つ新しいタイプの材料の始まりだ」とニューヨークのロチェスター大学機械工学・物理学教授のランガ・P・ディアス氏は火曜日、科学者で満員となった部屋に向かって語った。ラスベガスで開催されたアメリカ物理学会の会合にて。

同氏のチームの研究結果のより詳細な説明は、水曜日、2020年の研究結果を発表し、その後撤回したのと同じ雑誌『ネイチャー』に掲載された。

ロチェスターのチームは、希土類元素の中で最も希少な銀白色の金属であるルテチウムの小さくて薄い箔から開始し、それを 2 つのかみ合うダイヤモンドの間に押し込みました。 次に、99% の水素と 1% の窒素からなるガスがポンプで小さなチャンバーに送り込まれ、高圧に圧搾されました。 サンプルを華氏 150 度で一晩加熱し、24 時間後に圧力を解放しました。

時間の約 3 分の 1 で、このプロセスでは望ましい結果、つまり小さな鮮やかな青色の結晶が生成されました。 「水素化ルテチウムに窒素をドープするのはそれほど簡単ではない」とディアス博士は言う。

ディアス博士のグループが使用しているロチェスター大学の研究室の1つで、大学院生のヒランヤ・パサン氏は先週記者が訪れた際、この材料の驚くべき色相変化特性を実証した。 ネジを締めて圧力を徐々に上げていくと、青が赤みを帯びた色合いに変わりました。

「とてもピンク色です」とディアス博士は言った。 さらに圧力を高めると、「真っ赤になる」と彼は言った。

結晶にレーザーを照射すると、結晶がどのように振動するかが明らかになり、構造に関する情報が明らかになりました。

別の部屋では、ディアス博士のチームの他のメンバーが他の結晶の磁気測定を行っていました。 温度が下がると、コンピューター画面にプロットされたデータに予想通りの波線が現れ、超伝導体への移行を示しました。

「これは私たちが現在行っているライブ測定です」とディアス博士は語った。

論文の中で研究者らは、ピンク色の結晶が華氏70度までの温度で抵抗ゼロなどの超伝導体の重要な特性を示したと報告した。

「私は慎重ながらも楽観的だ」と、ワシントンにあるカーネギー科学研究所の科学者ティモシー・ストロベル氏は語る。彼はディアス博士の研究には関与していない。 「論文のデータ、素晴らしいですね。」

「これが本当なら、これは非常に重要な画期的な進歩だ」と、やはりこの研究には関与していないヒューストン大学の物理学教授ポール・CW・チュー氏は語った。

しかし、その感情の「もしも」の部分がディアス博士の周りで渦巻いており、ディアス博士は疑惑や批判、さらにはデータの一部を捏造したという数人の科学者からの非難に付きまとわれている。 2020年のネイチャー論文の結果は他の研究グループによってまだ再現されておらず、批評家らは、ディアス博士が自分のデータを他人に調べさせたり、超伝導体の独立した分析をさせたりするのが遅かったとしている。

ネイチャー誌の編集者らは昨年、ディアス博士や他の著者らの反対を押し切って初期の論文を撤回した。

フロリダ大学の物理学教授ジェームズ・ハムリン氏は、「そのグループが発信するものに対して、私はいくらか信頼を失った」と語った。

それにもかかわらず、新しい論文は同じジャーナルの査読プロセスを通過しました。

ネイチャー誌の広報担当者は、「論文が撤回されたからといって、著者が新たな原稿を投稿する資格を自動的に剥奪されるわけではない」と述べた。 「提出されたすべての原稿は、科学の質と適時性に基づいて独立して検討されます。」

火曜日にラスベガスで開催された会議では、非常に多くの物理学者が狭い会議室に詰めかけたので、司会者が発表をキャンセルしなくても済むように一部の物理学者に退場を求めた。 部屋が薄くなると、ディアス博士は中断することなく研究結果を発表することができました。 司会者は聴衆に感謝の言葉を述べながら、質問時間がなくなってしまったことを遺憾に表明した。

ストロベル博士は、ディアス博士をめぐる継続的な論争と、まだ再現されていない初期の異常な主張を認めた。

「あまり深読みしたくないが、ここには行動パターンがある可能性がある」とストローベル博士は語った。 「彼は本当に世界最高の高圧物理学者になる可能性があり、ノーベル賞を受賞する準備ができています。あるいは、何か他のことが起こっているのです。」

超電導は、1911 年にオランダの物理学者、ヘイケ・カメルリング・オンネスと彼のチームによって発見されました。超電導体は、電気抵抗が実質的にゼロで電気を運ぶだけでなく、材料内部の磁場を確実にゼロにするマイスナー効果として知られる奇妙な能力も持っています。 。

最初に知られた超電導体は、絶対零度、つまり華氏マイナス 459.67 度よりわずか数度高い温度を必要としました。 1980 年代に物理学者はいわゆる高温超伝導体を発見しましたが、それらでさえ、日常使用で遭遇する条件よりもはるかに極寒の条件で超伝導になります。

超伝導を説明する標準理論では、水素を十分に強く絞ることができれば、より高温でも超伝導体になるは​​ずだと予測している。 しかし、最も弾力性のあるダイヤモンドでさえ、その大きさの圧力に達する前に壊れてしまいます。 科学者たちは、化学結合が水素原子の圧縮に役立つのではないかと推測し、他の元素と混合した水素に注目し始めました。

2015年、ドイツのマインツにあるマックス・プランク化学研究所の物理学者ミハイル・エレメッツは、硫化水素（2つの水素原子と1つの硫黄原子からなる分子）が華氏マイナス94度で約2,200万度まで圧縮されると超電導に変わると報告した。ポンド/平方インチ。 これは当時の超電導体としては記録的な高温でした。

その後、エレメッツ博士と他の科学者は、水素化ランタン (水素とランタンを含む化合物) が超高圧で華氏マイナス 10 度の超伝導温度に達することを発見しました。

撤回された2020年の論文に記載された研究では、ディアス博士のグループは水素、硫黄、炭素を使用した。 科学者らによると、3つの元素を使用することで、化合物の電子特性を調整してより高い超伝導温度を達成することができたという。

しかし、誰もがそれを信じたわけではありません。

ディアス博士の主な敵対者は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の理論物理学者ホルヘ・ハーシュです。 彼は、マイスナー効果の証拠である、振動磁場に対する炭素・硫黄・水素化合物の応答についてディアス博士のグループが行った測定に焦点を当てた。 論文のプロットはあまりにもきちんとしすぎているように見え、科学者たちはプロットから背景の影響をどのように差し引いたのか説明していませんでした。

ディアス博士が基礎となる生データを公開したとき、ハーシュ博士は、彼の分析により、それが数式によって生成されたものであり、実験では実際に測定できないことが示されたと述べた。 「測定からは解析公式は得られません」とハーシュ博士は言う。 「ノイズのある数字が得られる。」

ディアス博士に対する彼の苦情は非常に執拗かつ激しくなり、ハーシュ博士による数十年にわたる破壊的行為について苦情を申し立てる手紙がこの分野の他の人々に回覧された。

ハーシュ博士は、超電導の仕組みを説明するために 3 人の物理学者 (ジョン バーディーン、レオン N. クーパー、J. ロバート シュリーファー) によって 1957 年に考案された BCS 理論を狙う、強気の逆張り論者です。 同氏は、BCSには多くの点で「根本的に欠陥がある」可能性があり、マイスナー効果を説明できないと述べている。 彼は独自の別の説明を考え出しました。

注目すべきことに、ハーシュ博士は、水素は超伝導体にはなり得ないため、これらの高圧材料には超伝導性は存在し得ないと述べている。 彼はほとんど味方を得られなかった。

ハーシュ博士はディアス博士以外の科学者は不正行為をしていないと慎重に言うが、彼らは自分自身を欺いていると言う。

「私の意見では、ジャンクは結論になる」と彼は言った。

フロリダ大学のハムリン博士も磁気測定を詳しく調べ、生データが公開データから導き出されたものであり、その逆ではないように見えると述べた。

ハムリン博士はまた、2007 年に書かれた博士論文のいくつかの一節がディアス博士の学位論文の中に一字一句そのまま登場していることを知って動揺した。

ディアス博士は継続的な批判を却下し、彼のグループが説明を行ったと述べた。 「ただ、背景からのノイズのように感じました」と彼は言いました。 「私たちは科学を前進させ続けるよう努めています。」

同氏は、依然として初期の結果を支持しており、水曜日の論文では磁気測定に新しい技術が採用されていると述べた。 同氏は、論文は査読者による5回の精査を受けており、調査結果の基礎となる生データはすべて共有されていると述べた。

「再び自然界に戻ってきた」とディアス博士は語った。 「それはあなたに何かを伝えます。」

ロチェスター大学の広報担当サラ・ミラー氏は、２度の大学への調査の結果、「懸念を裏付ける証拠はないと判断された」と述べた。 同氏はまた、大学が「2022年9月のネイチャー論文撤回の問題を検討し、同様の結論に達した」とも述べた。

ハムリン博士の博士論文のテキストのコピーについて、ディアス博士は引用を含めるべきだったと述べた。 「それは私の間違いでした」とディアス博士は語った。

撤回された2020年の論文の炭素・硫黄・水素物質の測定をやり直したプレプリントが現在出回っているが、それでも疑問が生じる。 「それらは元の測定値とは大きく異なります」とストローベル博士は語った。 「彼らは自分自身で結果を再現さえしていないと主張する人もいるかもしれない。」

新しいルテチウムベースの材料ははるかに低い圧力で超電導になるため、他の多くの研究グループが実験の再現を試みることができるでしょう。 ディアス博士は、化合物の作り方についてより正確なレシピを提供し、サンプルを共有したいと考えているが、まずは知的財産の問題を解決する必要があると述べた。 彼は、研究を利益に変えることを計画している会社、Unearthly Materials を設立しました。

ストロベル博士は、ラスベガス会議から戻ったらすぐに仕事を始めると述べた。 「文字通り1日以内に結果が得られます」と彼は言いました。

ハーシュ博士はまた、答えがすぐに得られることを期待しているとも述べた。 「もしこれが正しければ、過去35年間の私の研究が間違っていたことを証明することになる」と彼は言った。 「それはとても嬉しいことです。だって、私はそれを知っているからです。」

ハーシュ博士は、「しかし、私は正しく、これは間違っていると思います。」と付け加えた。

キンバリー・マギーはラスベガスからのレポートに寄稿した。

この記事の以前のバージョンでは、材料が超伝導体になる圧力について誤って記載されていました。 1平方インチあたり14,500ポンドではなく、145,000ポンドです。

この記事の以前のバージョンでは、ホルヘ・ヒルシュが誤って引用されていました。 ハーシュ博士は、BCS理論には「根本的に欠陥がある」可能性があると述べた。 彼はそれが「嘘だ」とは言っていない。

修正の処理方法

Kenneth Chang は 2000 年からタイムズ紙に勤務し、物理学、地質学、化学、惑星について執筆しています。 サイエンス ライターになる前は、大学院生としてカオスの制御に関する研究を行っていました。 @kchangnyt

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