「LK-99超伝導体:ブレイクスルーかもしれないが、ただの新たな希望かもしれません」

LK-99 superconductor Could be a breakthrough, but also just a new hope.

7月末、韓国の科学者が超伝導体の可能性について報告した際、その主張は世界中の研究者たちに興奮と懐疑の波を巻き起こし、彼らは実験を再現するために急いでいました。

このような超伝導体は、常温および通常の大気圧で電力をエネルギー損失なく伝送することができるという、材料科学の聖杯です。夢想家たちは、エネルギーグリッドの効率を最大化し、核融合エネルギー生産を超高速化することができる常温超伝導体を望んでいます。また、量子スーパーコンピューターの進歩を加速させるためにも役立ち、超高速輸送の時代を築く手助けとなるかもしれません。

しかし、現時点では、LK-99超伝導体の話はすべて研究室での出来事にすぎません。

7月22日、韓国の物理学者たちは、まだ査読されずに科学雑誌に掲載される前の研究のためのリポジトリであるarXivに2つの論文をアップロードしました。これは実質的には作業の初稿をアップロードするのと同じです。研究者たちは、銅をドープした「改良された鉛アパタイト構造」を持つLK-99と名付けた、初の常温超伝導体を生み出したと主張しました。

チームが提供した「証拠」の一部は、超伝導材料の重要な特徴であるマグネットの上に浮遊する化合物を示すビデオでした。

この大胆な主張は、この分野の専門家たちに大きな衝撃を与えました。

「これらの化学物質は非常に安価で作りやすいです」と、オーストラリアのウルロンゴン大学の物質科学者であるXiaolin Wangは言います。「これがコミュニティにおいて核弾頭のような存在になっている理由です。」

しかし、韓国の研究室で何が起こったのかは、技術と私たちの生活への役割に対して実用的な意味を持つ結果であるかどうかを突き止めるための非常に初歩的なステップにすぎません。私たちはもっとデータが必要であり、慎重である必要があります。

超伝導体の働き方

真の常温超伝導体は、祝賀に値する大きな進歩です。私たちが電力を伝導するために使用している現代の材料、例えば家庭への電力供給に使用される銅配線は効率的ではありません。電子が配線を下っていくと、材料の原子と衝突し、熱を生み出しエネルギーを失います。これが電気抵抗として知られ、電力が家庭への送電線を通る際に最大10%が無駄になります。エネルギー損失は私たちの電子機器でも起こります。

しかし、もし配線や送電線が超伝導材料で作られると、これらの損失をほぼ無くすことができます。電子は材料を通って旅行する際にペアを作り、原子とほとんど衝突しないため、自由に流れることができます。

すでに超伝導材料は存在し、世界中でMRIマシンなどのさまざまな応用に使用されています。ただし、これらは極低温(華氏で約-459度に近づく)または極高圧(大気圧の100,000倍以上)が必要です。

一方、東海道新幹線の中央日本鉄道が建設中の超伝導磁気浮上システムは、東京と名古屋の間の旅客輸送に使用されます。SCMaglev列車はゴムの車輪を使用して時速約93マイルまで加速し、その後超伝導磁気システムが引き継ぎます。最高時速311マイルに到達することができます。

このプロセスには、液体ヘリウムでマイナス452度に冷却された超伝導性のニオブチタン合金が必要です。

LK-99のような常温超伝導体があれば、これははるかに安価な取り組みとなり、ヘリウムを蓄積する必要もありません。(数年間メディアでの懸念に反して、ヘリウムはすぐになくなるわけではありませんが、わずかな数か国で生産されているため、供給に問題が生じると価格が大幅に上昇することがあります。)

LK-99の結果に対する懐疑論

Wangや他の超伝導の専門家たちは、元のLK-99実験について懐疑的であり、データの不整合について指摘しています。彼は、「より説得力のある実験データが提供されるまで、これらの結果は誇大宣伝されるべきではない」と述べています。先週末、彼のチームはLK-99の結果を再現しようとウルロンゴン大学で取り組みを始めましたが、試料の製造に問題がありました。

Argonne National Laboratoryの物理学者であるMichael Normanは、Science誌のインタビューで率直に述べています。彼は、韓国のチームは「本当のアマチュアに見える」と言いました。

これまでに、LK超伝導性を追跡し、確認するための試みはほとんど失敗しています。さまざまな研究所や個人での新しい超伝導実験の急増をモニタリングすることは、ある種の小規模産業になっています。

Twitterとして知られるウェブサイト「X」を通じて、LK-99は数日間トレンド入りしています。それは公式にはミームの領域に進入しており、みんなが「浮遊する岩」について話しています。そして、多くの人々がAI投資を促進するためのアカウントから急に超伝導体の株式を支持するようになったという奇妙な主張も生み出されています。American Superconductor Corporationの株価は7月27日以来倍増しています。

ChatGPTメーカーであるOpenAIのCEOであるサム・アルトマンも参加し、「lk-99で2年以上の経験がある」という募集メールを冗談混じりに受け取ったと述べました。

LK-99に対する懐疑論は正当なものです。これまでにも多くのチームが室温超伝導体の発見を主張してきましたが、これらの主張のほとんどは科学的な検証に耐えることができませんでした。

例えば、2020年には、ニューヨークのロチェスター大学の物理学者であるランガ・ディアス率いるチームが、権威ある学術誌ネイチャーに室温超伝導体の証拠を発表しました。しかし、その論文のデータ処理と分析の方法について疑問が提起されたため、2022年9月に撤回されました。著者たちは、生データが彼らの主張を強力に支持していると主張していますが、実験の再現はまだ達成されていません。

LK-99の今後は?

では、LK-99はあなたにとってどういう意味を持つのでしょうか?今のところ、おそらくそれほど重要ではありません。物理学の奥深い世界に飛び込み、その瞬間に夢中になりたい場合を除いては、近い将来もそれほど重要ではないかもしれません。

LK-99の実験の再現はまだ非常に初期の段階にありますが、状況はあまり良くありません。2021年7月31日に2つの独立した研究グループによってarXivに投稿された2つの研究では、韓国の研究を再現することができませんでした。中国の研究者たちは非常に小さな試料でその材料の一部の超伝導性の振る舞いを観察しています。

科学は一般的にはゆっくりとしたプロセスです。韓国のチームの研究を確認するには、さらに多くの時間がかかるかもしれません。しかし、既に興奮が高まっている状況で、LK-99の特性を説明しようとする理論的な研究が急ぎ出されました。

ローレンス・バークレー国立研究所の物理学者であるシネード・グリフィンは、スーパーコンピュータシミュレーションを使用してLK-99の能力を解析しました。彼女の研究も事前印刷物としてarXivに投稿されました。

グリフィンの研究について意見を述べた物理学者たちは、マイクドロップの言及に懐疑的であり、それが超伝導性の確かな証拠を提供しているとは納得していませんでした。グリフィン自身も水曜日のXスレッドで自分の結果を説明し、「その材料に超伝導性を証明したり証拠を提供したりするものではないが、高温超伝導体(つまり、摂氏マイナス452度よりも高い温度)と共通する興味深い構造と電子特性を示している」と述べました。

LK-99が頼りになる超伝導材料であるとしても、科学を技術に翻訳することはさらに時間がかかるかもしれません。その材料を信頼性を持って生産することは数年かかるかもしれず、グリフィンの理論的な研究もその材料の合成が困難である可能性を示しています。

LK-99は聖杯ではありませんが、それ自体が興味深い材料であり、新たな予期せぬ方法で室温超伝導体を探索する可能性を開くかもしれません。もし室温超伝導体につながるものだとすれば、可能性は広がります。

アデレード大学の化学工学部のシニア講師であるジュゼッペ・テッタマンツィは、非常に長い間、科学者たちは電力網の銅製ケーブルを超伝導ケーブルに置き換えることを考えてきたと述べています。これにより、膨大なエネルギーを節約することができます。彼はまた、量子コンピュータや交通システムへの利益についても言及しています。

「可能性は無限大です」と彼は言いました。

科学の実践を見るのは興奮するものであり、LK-99への情熱は少なくとも私にとってはXフィードでのいい変化です。しかし、科学は時間を要し、潜在的な超伝導材料の世界を変える影響については結論を急ぐべきではありません。それでは、複製者たちの活動を待つことにしましょう。