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Supercondutor LK-99: da esperança revolucionária à realidade mais humilde

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Quando os cientistas sul-coreanos relataram um avanço potencial em supercondutores no final de julho, suas alegações desencadearam ondas de entusiasmo e ceticismo enquanto pesquisadores de todo o mundo corriam para replicar os experimentos.

Tal supercondutor — transmitir eletricidade sem perda de energia à temperatura ambiente e à pressão do ar normal — é um santo graal da ciência dos materiais. Os sonhadores esperam supercondutores à temperatura ambiente que possam maximizar a eficiência de nossas redes de energia e sobrecarregar a produção de energia de fusão; acelerar o progresso em computadores quânticos; ou ajude a inaugurar uma era de transporte super rápido.

Nas semanas desde aquele primeiro relatório, porém, a história do supercondutor LK-99 tem sido toda sobre o que está acontecendo nos laboratórios – o que rapidamente trouxe o hype de volta à realidade. Os esforços de replicação e confirmação apoiaram os céticos e forneceram mais clareza sobre o que é o LK-99 e o que não é.

Em 22 de julho, os físicos da Coreia do Sul carregaram dois papéis ao arXiv, um repositório para pesquisa de pré-impressão – o tipo que ainda não foi revisado por pares e publicado em uma revista científica. É basicamente como carregar um primeiro rascunho do seu trabalho. Os pesquisadores alegaram ter produzido o primeiro supercondutor de temperatura ambiente com uma “estrutura de apatita de chumbo modificada” dopada com cobre e apelidada de LK-99.

Parte da “prova” que a equipe forneceu foi um vídeo mostrando o composto levitando sobre um ímã, uma característica fundamental dos materiais supercondutores.

As afirmações ousadas causaram um impacto monumental entre os especialistas da área.

“Os produtos químicos são muito baratos e não são difíceis de fabricar”, disse Xiaolin Wang, cientista de materiais da Universidade de Wollongong, na Austrália. “É por isso que é como uma bomba nuclear na comunidade.”

Mas o que aconteceu naquele laboratório na Coreia do Sul foi apenas um primeiro passo para descobrir se os resultados podem de alguma forma ter implicações práticas para a tecnologia e seu papel em nossas vidas. Precisávamos de mais dados e, desde o início, havia motivos para sermos cautelosos.

Como funcionam os supercondutores e onde encontrá-los

Um supercondutor genuíno à temperatura ambiente seria um grande negócio digno de alarde. Os materiais modernos que usamos para conduzir eletricidade, como a fiação de cobre que fornece energia para sua casa, são ineficientes. À medida que os elétrons descem pelo fio, eles colidem com os átomos do material, criando calor e perdendo energia. Isso é conhecido como resistência elétrica, a razão pela qual até 10% da eletricidade é desperdiçada ao passar pelas linhas de transmissão até as residências. A perda de energia também ocorre em nossos dispositivos eletrônicos.

Mas se fios e linhas de transmissão fossem feitos de um material supercondutor, você poderia praticamente anular essas perdas. Os elétrons formam pares enquanto viajam pelo material e não esbarram tanto nos átomos, permitindo que eles fluam livremente.

Materiais supercondutores já existem e estão em uso em várias aplicações, como máquinas de ressonância magnética, em todo o mundo. No entanto, estes requerem temperaturas extremamente baixas (aproximando-se do zero absoluto em torno de 459 graus Fahrenheit negativos) ou pressões extremamente altas (além de 100.000 vezes a pressão atmosférica).

Enquanto isso, um sistema de levitação magnética supercondutor está sendo construído pela Central Japan Railway para transportar passageiros entre Tóquio e Nagoya. O trem SCMaglev usa rodas de borracha para atingir velocidades de cerca de 93 milhas por hora antes que o sistema magnético supercondutor assuma o controle. Deve ser capaz de atingir velocidades de 311 mph.

O processo requer uma liga supercondutora de nióbio-titânio, que é resfriada a 452 graus Fahrenheit negativos com hélio líquido.

Um supercondutor de temperatura ambiente como o LK-99 tornaria isso um empreendimento muito mais barato e significaria que não há necessidade de acumular hélio. (Ao contrário de algumas preocupações da mídia nos últimos anos, não vamos ficar sem hélio tão cedo, mas ele é produzido em apenas alguns países, então problemas com o fornecimento podem causar grandes picos de preços.)

LK-99 hype e ceticismo

Desde o início, Wang e outros especialistas em supercondutividade estavam céticos sobre o experimento LK-99 original, apontando inconsistências nos dados. Ele disse que os resultados não devem ser exagerados “até que dados experimentais mais convincentes sejam fornecidos”. Sua equipe na Universidade de Wollongong começou a trabalhar na replicação dos resultados, mas teve problemas com a fabricação de amostras.

em um entrevista à revista Science publicado em 27 de julho, Michael Norman, um físico do Argonne National Laboratory, foi direto. Ele disse que o time sul-coreano “parece ser um verdadeiro amador”.

No início de agosto, tenta seguir a receita e confirmar que a supercondutividade LK falhou principalmente. Monitorando o surgimento de novos experimentos de supercondutividade por vários laboratórios e indivíduos tornou-se uma espécie de indústria caseira.

No X, a rede social anteriormente conhecida como Twitter, o LK-99 foi tendência por dias. Ele cruzou oficialmente o Território do Meme – todo mundo está falando sobre “pedras flutuantes” – e gerou algumas reivindicações bizarras, com muitos percebendo a abundância de contas que rapidamente se transformavam de promover investimentos em IA para repentinamente apoiar ações em supercondutores. O As ações da American Superconductor Corporation dobraram imediatamente após 27 de julho, mas rapidamente voltou aos níveis anteriores.

Até mesmo o CEO da OpenAI, fabricante do ChatGPT, Sam Altman, ponderoubrincando, “adoro esses e-mails de recrutadores pedindo mais de 2 anos de experiência com o lk-99.”

O ceticismo em torno do LK-99 é bem fundamentado. Ao longo dos anos, muitas equipes afirmaram ter descoberto supercondutores à temperatura ambiente. A maioria dessas alegações não resistiu ao escrutínio científico.

Por exemplo, em 2020, uma equipe liderada por Ranga Dias, físico da Universidade de Rochester, em Nova York, publicou evidências de um supercondutor à temperatura ambiente, na prestigiada revista Nature. O artigo foi retratado em setembro de 2022 após questionamentos sobre a maneira como os dados do artigo foram processados ​​e analisados. Os autores afirmam que os dados brutos fornecem forte suporte para suas reivindicações, mas a replicação de seu experimento não foi alcançada.

As consequências do LK-99

Então, o que LK-99 significa para você? Neste exato momento, provavelmente não muito, a menos que você queira cair em uma toca de coelho física em X e ser pego no momento. Num futuro próximo, talvez não muito também.

Replicar os experimentos do LK-99 provou ser um fracasso. Dois estudos por dois grupos de pesquisa separados e postado para arXiv em 31 de julho não foram capazes de replicar a pesquisa sul-coreana. Alguns dos comportamentos de supercondutividade do material foram vistos em amostras muito pequenas por pesquisadores chineses, observou Wang.

Com a empolgação no auge naquele ponto, os estudos teóricos correram para tentar explicar as características do LK-99.

Sinéad Griffin, um físico do Lawrence Berkeley National Laboratory, forneceu algumas análises das habilidades do LK-99 usando simulações de supercomputador. (de Griffin postar no X foi acompanhado por um meme de Barack Obama soltando o microfone.) Este estudo também foi postado no arXiv como uma pré-impressão.

físicos que opinaram sobre o trabalho de Griffin foram cínicos sobre a referência de queda de microfone e não estavam convencidos de que isso fornecesse qualquer prova sólida de supercondutividade. A própria Griffin esclareceu seus resultados em um fio Xdizendo que não provou nem deu evidências de supercondutividade no material, mas mostrou propriedades estruturais e eletrônicas interessantes que têm características em comum com supercondutores de alta temperatura (isto é, bem acima de 452 graus Fahrenheit negativos, mas muito, muito, muito abaixo temperatura do quarto).

Em meados de agosto, um artigo na revista Nature citou evidências crescentes de que o LK-99 não é um supercondutor, incluindo um experimento reproduzindo a levitação parcial usando um material que não é um supercondutor. Ele citou Inna Vishik, uma experimentalista de matéria condensada da Universidade da Califórnia, Davis: “Acho que as coisas estão decididamente resolvidas neste ponto.”

Mesmo que o próprio LK-99 não seja o Santo Graal, pode ser um material interessante por si só, abrindo possibilidades para a busca de supercondutores à temperatura ambiente de maneiras novas e inesperadas. Se de alguma forma eventualmente fez levar a um supercondutor à temperatura ambiente, então as possibilidades podem realmente Abra.

Giuseppe Tettamanzi, professor sênior da escola de engenharia química da Universidade de Adelaide, observa que, há muito tempo, os cientistas vêm pensando em substituir os cabos de cobre da rede elétrica por cabos supercondutores – uma opção que pode proporcionar uma enorme economia de energia. Ele também menciona os benefícios para computadores quânticos e transporte.

“O céu é o limite aqui”, disse ele.

Observar a ciência em ação é emocionante, e a paixão pelo LK-99 foi uma boa mudança no feed do X, pelo menos para mim. Mas a ciência, em ação, leva tempo e não deveria tirar conclusões precipitadas sobre ramificações que mudam o mundo. É por isso que o trabalho dos replicadores é tão importante.