ΠΡΟΛΗΜΑΤΙΣΜΟ προκαλεί ισχυρισμός για νέο υπεραγωγό

 

Αμφιβολίες εκφράζονται από ειδικούς σχετικά με τον ισχυρισμό ότι υλικό, βασισμένο στο μόλυβδο, λειτουργεί ως τέλειος αγωγός του ηλεκτρισμού σε θερμοκρασία και πίεση δωματίου.

Πλήθος σχολίων καταγράφηκε αυτή την εβδομάδα στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης και όχι μόνο, με αφορμή ισχυρισμό ότι ένας νέος υπεραγωγός αποδίδει καλά όχι μόνο σε θερμοκρασίες υψηλότερες του περιβάλλοντος, αλλά και υπό συνθήκες δωματίου. Εφόσον επιβεβαιωθεί, θα πρόκειται για μία από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις στην ιστορία της φυσικής συμπυκνωμένης ύλης, ενώ θα μπορούσε να οδηγήσει σε εκπληκτικές τεχνολογικές εξελίξεις, όπως για παράδειγμα αιωρούμενα οχήματα και απόλυτα αποδοτικά ηλεκτρικά δίκτυα.

Όμως, από δύο σχετικές μελέτες, που δημοσιεύτηκαν στο διακομιστή προέκδοσης arXiv, από τους Σάκμπαε Λι, Τζι-Χουν Κιμ και συναδέλφους τους, του Ερευνητικού Κέντρου Κβαντικής Ενέργειας της Νότιας Κορέας, στις 22 Ιουλίου, απουσιάζουν αρκετές λεπτομέρειες, με αποτέλεσμα πολλοί φυσικοί να τηρούν επιφυλακτική στάση, ως προς την ακρίβεια και την παρουσίαση των δεδομένων, παρότι ήδη, με βάση όσα περιγράφονται στις δύο αυτές μελέτες, επιχειρείται η αναπαραγωγή του πειράματος.

Υπεραγωγός είναι ένα υλικό ικανό να μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα χωρίς την παραμικρή αντίσταση. Οι μαγνητικοί τομογράφοι, λόγου χάρη, πρακτικά είναι μεγάλοι ηλεκτρομαγνήτες, κατασκευασμένοι από υπεραγώγιμα υλικά. Η ροή του ηλεκτρισμού χωρίς αντίσταση τους επιτρέπει να σχηματίζουν ένα ιδιαίτερα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, χωρίς να υπερθερμαίνονται ή να καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Οι υπεραγωγοί έχουν μυριάδες επιπλέον εφαρμογές, από την κατασκευή φίλτρων συχνοτήτων για τις ραδιοεπικοινωνίες, μέχρι την κίνηση των σωματιδίων μέσα σε επιταχυντές. 

Υπό κανονικές συνθήκες, τα ηλεκτρόνια δεν διέρχονται εύκολα μέσα από ένα κρυσταλλικό συμπαγές σώμα, καθώς προσκρούουν και εκτροχιάζονται από τα δονούμενα άτομα του κρυσταλλικού πλέγματος. Όμως, σε ορισμένα υλικά, εφόσον η θερμοκρασία είναι αρκετά χαμηλή, τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν χαλαρά ζεύγη, τα οποία είναι αδύνατο να εκτραπούν χωρίς να διαρραγεί το ζεύγος. Επίσης σε χαμηλές θερμοκρασίες, οι δονήσεις δεν είναι αρκετά ισχυρές ώστε να συμβεί αυτό. Επομένως, τα συγκεκριμένα ηλεκτρόνια διέρχονται ανεμπόδιστα μέσα από το υλικό.

Δεκάδες στοιχειώδη μέταλλα -μόλυβδος, υδράργυρος, νιόβιο, κασσίτερος- και κράματα των μετάλλων αυτών καθίστανται υπεραγωγοί όταν ψύχονται σε θερμοκρασίες που προσεγγίζουν το απόλυτο μηδέν. Τη δεκαετία του 1950, η φυσική εξήγησε το πώς, σε αυτούς τους συμβατικούς υπεραγωγούς, οι δονήσεις του πλέγματος λειτουργούν παράλληλα ως το συνεκτικό στοιχείο που δημιουργεί τα ζεύγη ηλεκτρονίων. Τη δεκαετία του 1980, μέσω πειραμάτων εντοπίστηκαν σύνθετες ενώσεις που περιείχαν στρώσεις χαλκού και οξυγόνου, που λειτουργούσαν ως υπεραγωγοί σε θερμοκρασίες που έφταναν ακόμη και τους 133 βαθμούς Κέλβιν (-140 Κελσίου). Είκοσι χρόνια αργότερα, ερευνητές ανακάλυψαν ότι ενώσεις που περιείχαν στρώσεις σιδήρου και αρσενικού λειτουργούσαν ως υπεραγωγοί σε σχεδόν εξίσου υψηλές θερμοκρασίες. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι αυτοί οι λεγόμενοι υπεραγωγοί υψηλής θερμοκρασίας βασίζονται επίσης σε ζεύγη ηλεκτρονίων, αλλά προκύπτουν μέσα από διαφορετικό μηχανισμό. Πρόσφατα, ομάδα ερευνητών προχώρησε σε αμφιλεγόμενους ισχυρισμούς, υποστηρίζοντας ότι πέτυχαν υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου -αν και υπό υψηλή πίεση- για ενώσεις που περιείχαν υδρογόνο, θείο και άνθρακα.

Η ομάδα των Νοτιοκορεατών επιστημόνων ουσιαστικά ισχυρίζεται ότι ανακάλυψε τον απόλυτο υπεραγωγό. Στις προδημοσιεύσεις, η ακρίβεια των οποίων δεν έχει διασταυρωθεί ακόμη από άλλους επιστήμονες, οι ερευνητές υποστηρίζουν πως όταν εμπλουτίζεται ή «ντοπάρεται» με χαλκό, ένα υλικό αποτελούμενο από συνήθη στοιχεία, συγκεκριμένα μόλυβδο, οξυγόνο και φώσφορο, λειτουργεί ως υπεραγωγός υπό πίεση και θερμοκρασία δωματίου, σε θερμοκρασίες που αγγίζουν τουλάχιστον τους 400 βαθμούς Κέλβιν (126 Κελσίου), δηλαδή υψηλότερες από το σημείο βρασμού του νερού. Ουσιαστικά, ισχυρίζονται ότι μπορείς να φουρνίσεις ένα δείγμα αυτού του υλικού, να το αποσύρεις από τον κλίβανο και έτσι όπως θα είναι ακουμπισμένο στον πάγκο του εργαστηρίου θα λειτουργεί ως αγωγός του ηλεκτρισμού χωρίς να συναντά την παραμικρή αντίσταση. Οι μελέτες περιλαμβάνουν δεδομένα τα οποία όχι μόνο αποτυπώνουν μηδενική ωμική αντίσταση, αλλά και ότι το υλικό μοιάζει να εκπέμπει μαγνητικό πεδίο, χαρακτηριστική έκφρανση της υπεραγωγιμότητας.  

Είναι διάφοροι οι λόγοι που ο συγκεκριμένος ισχυρισμός αντιμετωπίζεται επί του παρόντος με σκεπτικισμό. Κατ’ αρχάς, το μη ενισχυμένο υλικό, ο μολυβδούχος απατίτης, δεν είναι μέταλλο αλλά αντίθετα μη αγώγιμο ορυκτό. Κι αυτή δεν είναι θετική αφετηρία για την κατασκευή ενός υπεραγωγού. Εκτός αυτού, τα άτομα του μόλυβδου και του χαλκού έχουν παρόμοιες ηλεκτρονικές δομές, επομένως η αντικατάσταση ατόμων χαλκού με άτομα μόλυβδου κανονικά δεν θα έπρεπε να επηρεάζει ιδιαίτερα τις ηλεκτρικές ιδιότητες του ορυκτού. Τέλος, τα άτομα μόλυβδου είναι ιδιαίτερα βαριά, γεγονός που λογικά θα περιόριζε τις δονήσεις και θα δυσχέραινε το σχηματισμό ζευγών ηλεκτρονίων. 

Οι μελέτες δεν περιλαμβάνουν κάποια σαφή ερμηνεία των φυσικών παραμέτρων που εμπλέκονται στην όλη διαδικασία. Όμως οι ερευνητές εικάζουν ότι με το ορυκτό που χρησιμοποίησαν, ο εμπλουτισμός αλλοιώνει ελαφρά τις μακρές, φυσικά παρατηρούμενες αλυσίδες ατόμων μόλυβδου. Υποστηρίζουν ότι ενδέχεται να προκύπτει η υπεραγωγιμότητα μέσα από αυτά τα κανάλια. Κάτι τέτοιο, όμως, θα ήταν παράδοξο, καθώς άλλοι επιστήμονες επισημαίνουν ότι τα συστήματα αυτά συνήθως δεν παράγουν υπεραγωγιμότητα. Εκτός αυτού, η αλλοίωση που προκύπτει από την εμπλουτισμό κανονικά θα έπρεπε να καταστέλλει περαιτέρω την υπεραγωγιμότητα. Υπάρχει το ενδεχόμενο, όμως, το συγκεκριμένο υλικό να αποτελεί έναν αντισυμβατικό υπεραγωγό, που η σύστασή του επιτρέπει συμπεριφορές που δεν παρατηρούνται συνήθως.

Όλα θα κριθούν από το κατά πόσο θα καταφέρουν ανεξάρτητα εργαστήρια να πετύχουν την αναπαραγωγή αυτών των παρατηρήσεων. Κανονικά, κάτι τέτοιο δεν θα έπρεπε να είναι δύσκολο, μιας και ο μολυβδούχος απατίτης είναι πολύ γνωστό υλικό, το οποίο άλλα εργαστήρια θα είναι σε θέση να συνθέσουν. Παρότι οι συζητήσεις στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης έχουν την τάση να υποτιμούν την πολυπλοκότητα ακόμη και σχετικά βατών πειραμάτων, η εκτίμηση είναι πως, εφόσον τα όσα ισχυρίζεται η ομάδα των Νοτιοκορεατών επιστημόνων ισχύουν, τα αποτελέσματα θα έχουν επιβεβαιωθεί στο αμέσως προσεχές διάστημα.