文｜張晴丹
2020年10月14日，美國(guó)羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家Ranga Dias和他的同事在Nature雜志上發(fā)表了一篇轟動(dòng)整個(gè)物理界的成果，并登上了當(dāng)期封面。他們聲稱發(fā)現(xiàn)了一種新型氫化物，在15℃的溫度下可以觀察到超導(dǎo)現(xiàn)象。
(資料圖片僅供參考)
“這是人類首次實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)！”然而，這個(gè)具有里程碑意義的重磅研究在9月26日被Nature撤稿。對(duì)這篇文章長(zhǎng)期以來(lái)的質(zhì)疑終于暫時(shí)落下了帷幕。
此次撤稿非同尋常，因?yàn)镹ature的編輯們不顧這篇論文全部9位作者的極力反對(duì)，采取了這一行動(dòng)，可以說(shuō)是非常決絕。
就在撤稿當(dāng)天，Science新聞欄目對(duì)該事件進(jìn)行了報(bào)道，稱該研究“有嚴(yán)重問(wèn)題”。
首個(gè)室溫超導(dǎo)：15℃
超導(dǎo)體是一種非常重要的革命性材料，已經(jīng)在MRI核磁共振、粒子加速器等領(lǐng)域嶄露頭角。
超導(dǎo)研究距今已有百來(lái)年，經(jīng)過(guò)物理學(xué)家的不懈努力，超導(dǎo)材料的諸多屏障已被解除，下一步要跨越的門檻就是溫度，也就是要擺脫只有冷卻到極低的溫度才能實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的“魔咒”。因?yàn)榫S持低溫條件的成本很高，大大限制了超導(dǎo)材料的潛力。
這些年，越來(lái)越多的超導(dǎo)材料問(wèn)世，它們都在不斷刷新臨界溫度。
而這篇發(fā)在Nature的論文，宣布他們創(chuàng)造出了首個(gè)不需要冷卻就能讓電阻消失的超導(dǎo)體，首次實(shí)現(xiàn)室溫超導(dǎo)。這直接打開了新世界的大門。
在比地球中心更大的壓力下，氫被認(rèn)為表現(xiàn)得像超導(dǎo)金屬。向氫中加入其他元素——形成氫化物結(jié)構(gòu)——可以增加“化學(xué)壓力”，減少對(duì)外部壓力的需求，并在被稱為金剛石壓砧的小型實(shí)驗(yàn)室容器中能夠達(dá)到超導(dǎo)性。正如羅馬薩皮恩扎大學(xué)的理論物理學(xué)家Lilia Boeri所說(shuō)，“這些氫化物是金屬氫在稍低壓力下的一種實(shí)現(xiàn)。”
2015年，德國(guó)馬普學(xué)會(huì)化學(xué)研究所物理學(xué)家Mikhail Eremets和他的同事報(bào)告了第一個(gè)超導(dǎo)氫化物：氫和硫的混合物，在巨大的壓力以及203K（約-70°C）的臨界溫度下，電阻急劇下降。這個(gè)溫度遠(yuǎn)不及室溫，但比大多數(shù)超導(dǎo)材料的臨界溫度要高。一些物理學(xué)家認(rèn)為，在混合物中加入第三種元素將給研究人員提供一個(gè)新的變量，使它們能夠更接近環(huán)境壓力——或室溫。
在2020年這篇Nature論文中，羅切斯特大學(xué)物理學(xué)家Ranga P. Dias和他的同事添加了碳元素，并把碳?xì)淞蚧旌衔镅b載到金剛石壓砧（產(chǎn)生超高壓的裝置）中，在加壓的狀態(tài)下，用激光激發(fā)樣品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后創(chuàng)造出一種新物質(zhì)。他們報(bào)告說(shuō)，測(cè)試顯示，在溫度為288K（約15°C）和壓力為267GPa（相當(dāng)于大氣壓的260萬(wàn)倍）時(shí)，電阻急劇下降甚至消失。
除了電阻消失外，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)另一個(gè)證明超導(dǎo)性的關(guān)鍵——這種物質(zhì)在轉(zhuǎn)變溫度下會(huì)屏蔽磁場(chǎng)，這是超導(dǎo)體一項(xiàng)重要基本特征。
開發(fā)在室溫下零電阻和完全抗磁性的超導(dǎo)材料，是物理學(xué)家夢(mèng)寐以求的。所以這篇論文的接收過(guò)程也非常順暢。Nature編輯部收到這篇文章是在7月21日，接收是在9月8日。文章發(fā)表至今已被引用363次。
論文一經(jīng)發(fā)表后，立即引起了很大爭(zhēng)議。后來(lái)，作者在2020年11月20日對(duì)文章進(jìn)行了更正。2022年1月31日，作者在預(yù)印本平臺(tái)上提供了論文中與磁化率測(cè)量有關(guān)的原始數(shù)據(jù)。
2022年2月15日，Nature在該論文中附上了一份編輯說(shuō)明，表示正在調(diào)查論文中的數(shù)據(jù)問(wèn)題，建議讀者在引用時(shí)要謹(jǐn)慎。
9月26日，這篇論文顯示已被撤稿。
爭(zhēng)議不斷，抨擊該研究的一位專家被“禁言”
這兩年，關(guān)于常溫超導(dǎo)的爭(zhēng)論之聲此起彼伏。
美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校理論物理學(xué)家Jorge Hirsch是這篇成果的質(zhì)疑者之一，他提出了強(qiáng)烈的指控。他認(rèn)為，論文作者Dias和內(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校的物理學(xué)者Ashkan Salamat發(fā)表的一些數(shù)據(jù)可能存在欺騙行為，“我認(rèn)為它們是捏造的。”
Hirsch還指出，論文中的數(shù)據(jù)還與2009年P(guān)hysical Review Letters的一篇關(guān)于高壓下銪超導(dǎo)性論文中的數(shù)據(jù)有可疑的相似之處。該研究由于磁化率數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，去年已被撤回。
Physical Review Letters顯示已撤回高壓下銪超導(dǎo)性論文 圖片來(lái)源：期刊官網(wǎng)
巧的是，銪超導(dǎo)性論文的第一作者M(jìn)athew Debessai居然也是Nature這篇室溫超導(dǎo)論文的作者之一。他主要負(fù)責(zé)交流磁化率測(cè)量，為Dias的室溫超導(dǎo)研究提供了相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)。
在室溫超導(dǎo)的文章發(fā)表一個(gè)月后，Hirsch向論文作者Dias索要一些實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)，想要對(duì)研究成果一探究竟，然而卻一再被拒絕。但Hirsch并未就此打住，他從室溫超導(dǎo)研究的共同作者那里獲得了一些數(shù)據(jù)。
2021年8月，Hirsch在知名預(yù)印本服務(wù)器arXiv和Physica C發(fā)表了關(guān)于室溫超導(dǎo)體交流磁化率可能存在學(xué)術(shù)造假的分析文章，開啟了一系列猛烈抨擊。然而，這篇“打假”文章于11月被Physica C刪除，于12月被arXiv刪除。
Hirsch的質(zhì)疑文章被Physica C刪除 圖片來(lái)源：期刊官網(wǎng)
當(dāng)時(shí)關(guān)于這個(gè)話題炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)，為了回應(yīng)一些批評(píng)，Dias和Salamat于2021年11月在arXiv上發(fā)布了一篇論文，包含一些原始的敏感性數(shù)據(jù)。但康奈爾大學(xué)量子材料物理學(xué)家Brad Ramshaw說(shuō)：“它提出的問(wèn)題比解決的問(wèn)題更多。從原始數(shù)據(jù)到發(fā)布數(shù)據(jù)的過(guò)程非常不透明。”
2021年12月，Hirsch對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了再次剖析并提交了幾篇相關(guān)分析論文，以此回應(yīng)Dias和Salamat。
然而，arXiv不但刪除了Hirsch的這幾篇論文，甚至還在今年2月禁止他在arXiv上發(fā)文章，“封鎖”時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。
Hirsch向Dias所在的羅切斯特大學(xué)投訴，該大學(xué)稱在兩次調(diào)查中并沒有發(fā)現(xiàn)科學(xué)不端行為的證據(jù)。本月，Hirsch和另一位質(zhì)疑者、日內(nèi)瓦大學(xué)凝聚態(tài)物理學(xué)家Dirk van der Marel發(fā)表了他們的結(jié)論，認(rèn)為Dias研究中的敏感性數(shù)據(jù)是“有問(wèn)題的”。Dirk van der Marel對(duì)Nature的撤稿感到十分高興。
不過(guò)，Hirsch則認(rèn)為，光撤回論文還不夠。他說(shuō)這掩蓋了他所說(shuō)的科學(xué)不端行為的證據(jù)，“我認(rèn)為這才是一個(gè)真正的問(wèn)題，不能就這樣草草了事。”
研究結(jié)果無(wú)法重復(fù)，作者否定所有指控
美國(guó)卡內(nèi)基科學(xué)研究所物理學(xué)家Alexander Goncharov認(rèn)為，Hirsch對(duì)交流磁化率測(cè)量數(shù)據(jù)的擔(dān)憂是合理的。Goncharov多次嘗試用Dias的方法合成這種室溫超導(dǎo)材料，但都失敗了。
Dias否定了所有指控，他表示，Hirsch不是高壓物理學(xué)專家。“我們認(rèn)為他們的一些行為已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿松砉簟?rdquo;他說(shuō)。“我們不會(huì)讓人們從遠(yuǎn)處向我們?nèi)幽喟汀?rdquo;
Eremets說(shuō)，Dias的這項(xiàng)研究可能仍然是正確的。但他已經(jīng)嘗試了至少6次來(lái)重復(fù)結(jié)果，都失敗了。盡管Dias的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)分享了實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但說(shuō)他們?cè)诩?xì)節(jié)方面不太愿意透露，比如他們?cè)谔剂驓浠镏惺褂昧耸裁搭愋偷奶肌?/p>
Dias和同事仍然堅(jiān)定他們的工作，并堅(jiān)持聲稱研究結(jié)果得到了實(shí)驗(yàn)和理論上的驗(yàn)證。
“我們對(duì)Nature編委會(huì)的決定感到困惑和失望。”Dias說(shuō)，他們已經(jīng)全體表達(dá)了極力反對(duì)，但Nature的編輯仍然采取了撤稿措施。
Eremets對(duì)Dias的新型超導(dǎo)體能否經(jīng)受住仔細(xì)檢查持懷疑態(tài)度。他相信，在艱難重復(fù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，有耐心的科研人員將從有問(wèn)題的說(shuō)法中篩選出氫化物的真正前景。“科學(xué)并不害怕這些東西，探索仍在繼續(xù)。”他說(shuō)，“遲早會(huì)真相大白的。”
參考鏈接：
1.https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted
2.https://doi.org/10.1038/s41586-020-2801-z
3.https://arxiv.org/abs/2111.15017
標(biāo)簽： Nature
