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‘Algo está muy mal’: estudio de superconductividad a temperatura ambiente retractado

En 2020, Ranga Dias, físico de la Universidad de Rochester, y sus colegas publicaron un resultado sensacional en Naturaleza, que aparece en su portada. Afirmaron haber descubierto un superconductor a temperatura ambiente: un material en el que la corriente eléctrica fluye sin fricción y sin necesidad de sistemas de refrigeración especiales. Aunque era solo una mota de carbono, azufre e hidrógeno forjado bajo presiones extremas, la esperanza era que algún día el material conduciría a variantes que permitirían redes eléctricas sin pérdidas e imanes económicos para máquinas de resonancia magnética, trenes de levitación magnética, colisionadores de átomos y fusión. reactores

La fe en el resultado ahora se está evaporando. Los lunes Naturaleza retractó el estudio, citando problemas de datos que otros científicos han planteado en los últimos 2 años que han socavado la confianza en uno de los dos signos clave de superconductividad que el equipo de Dias había afirmado. «Ha habido muchas preguntas sobre este resultado durante un tiempo», dice James Hamlin, físico experimental de materia condensada de la Universidad de Florida. Pero Jorge Hirsch, físico teórico de la Universidad de California, San Diego (UCSD), y crítico del estudio desde hace mucho tiempo, dice que la retractación no es suficiente. Él cree que pasa por alto lo que dice que es evidencia de mala conducta científica. “Creo que esto es un problema real”, dice. “No puedes dejarlo como, ‘Oh, es una diferencia de opinión’”.

La retractación fue inusual en que Naturaleza los editores dieron el paso a pesar de la objeción de los nueve autores del artículo. “Respetamos nuestro trabajo, y ha sido verificado experimental y teóricamente”, dice Dias. Ashkan Salamat, físico de la Universidad de Nevada, Las Vegas, y otro miembro principal de la colaboración, señala que la retractación no cuestiona la caída de la resistencia eléctrica, la parte más importante de cualquier afirmación de superconductividad. Agrega, “Estamos confundidos y decepcionados con la toma de decisiones por parte del Naturaleza Consejo editorial.»

La retracción se produce incluso cuando aumenta el entusiasmo por la clase de materiales superconductores llamados hidruros, que incluye el hidruro de azufre carbonoso (CSH) desarrollado por el equipo de Dias. Bajo presiones mayores que en el centro de la Tierra, se cree que el hidrógeno se comporta como un metal superconductor. Agregar otros elementos al hidrógeno, creando una estructura de hidruro, puede aumentar la «presión química», reduciendo la necesidad de presión externa y haciendo que la superconductividad sea alcanzable en pequeñas prensas de laboratorio llamadas celdas de yunque de diamante. Como dice Lilia Boeri, física teórica de la Universidad Sapienza de Roma, «Estos hidruros son una especie de realización de hidrógeno metálico a una presión ligeramente más baja».

En 2015, Mikhail Eremets, físico experimental del Instituto Max Planck de Química, y sus colegas informaron sobre el primer hidruro superconductor: una mezcla de hidrógeno y azufre que, bajo enormes presiones, exhibió una fuerte caída en la resistencia eléctrica a una temperatura crítica (Tc ) de 203 K (–70°C). Eso no estaba cerca de la temperatura ambiente, pero era más cálido que el Tc para la mayoría de los materiales superconductores. Algunos teóricos pensaron que agregar un tercer elemento a la mezcla les daría a los investigadores una nueva variable con la que jugar, permitiéndoles acercarse a las presiones ambientales o temperaturas ambiente. para el 2020 Naturaleza papel, Dias y sus colegas agregaron carbón, trituraron la mezcla en una celda de yunque de diamante y la calentaron con un láser para crear una nueva sustancia. Ellos reportado que las pruebas mostraron una fuerte caída en la resistencia a una Tc de 288 K (15 °C), aproximadamente temperatura ambiente, y una presión de 267 gigapascales, aproximadamente el 75 % de la presión en el centro de la Tierra.

Pero en un campo que ha visto ir y venir muchos reclamos de superconductores, una caída en la resistencia por sí sola no se considera suficiente. El estándar de oro es proporcionar evidencia de otro atributo clave de los superconductores: su capacidad para expulsar un campo magnético aplicado cuando cruzan Tc y se vuelven superconductores. Medir ese efecto en una celda de yunque de diamante no es práctico, por lo que los experimentadores que trabajan con hidruros a menudo miden una cantidad relacionada llamada «susceptibilidad magnética». Incluso entonces, deben lidiar con cables y muestras diminutos, presiones inmensas y una señal magnética de fondo de juntas metálicas y otros componentes experimentales. “Es como si estuvieras tratando de ver una estrella cuando sale el sol”, dice Hamlin.

Los datos de susceptibilidad magnética del estudio fueron los que llevaron a la retractación. Los miembros del equipo informaron que surgió una señal de susceptibilidad después de haber restado una señal de fondo, pero no incluyeron datos sin procesar. La omisión frustró a los críticos, quienes también se quejaron de que el equipo se basó en un fondo «definido por el usuario», un fondo supuesto en lugar de uno medido. Pero Salamat dice que confiar en un fondo definido por el usuario es habitual en la física de alta presión porque el fondo es muy difícil de medir experimentalmente.

En respuesta a algunas de las críticas, Dias y Salamat en 2021 publicó un papel al servidor de preimpresión de física arXiv. Contenía datos de susceptibilidad sin procesar y pretendía explicar cómo se restaba el fondo. “Planteó más preguntas de las que respondió”, dice Brad Ramshaw, físico cuántico de materiales de la Universidad de Cornell. “El proceso de pasar de los datos sin procesar a los datos publicados fue increíblemente opaco”.

Hirsch, un agitador que ha criticado otras afirmaciones de superconductividad de hidruro, ha hecho acusaciones más fuertes. Él dice que algunos de los datos publicados presentados por Dias y Salamat podrían representarse mediante una curva polinomial suave, imposible para mediciones de laboratorio ruidosas. “Creo que fueron fabricados”, dice Hirsch. También notó similitudes sospechosas con los datos en un 2009 Cartas de revisión física artículo sobre superconductividad en europio bajo altas presiones. Ese estudio, que compartió un autor con el Naturaleza papel, fue retraído el año pasado debido a datos inexactos de susceptibilidad magnética.

En preprints, Hirsch siguió insistiendo en el estudio de Dias, con tanta fuerza que en febrero se le prohibió temporalmente publicar en arXiv. También se quejó ante la Universidad de Rochester, que en dos investigaciones no encontró evidencia de mala conducta científica. Este mes, Hirsch y otro crítico, Dirk van der Marel, físico de materia condensada de la Universidad de Ginebra, publicaron su conclusión que los datos de susceptibilidad en el estudio Dias son «patológicos». Van der Marel se siente alentado por la Naturaleza retracción. “Es bueno saber que no es el único que cree que algo anda muy mal”, dice.

Dias dice que el equipo planea volver a enviar el documento a Naturaleza sin ninguna sustracción de fondo; él dice que los datos sin procesar por sí solos muestran el cambio en la susceptibilidad magnética. Salamat también señala que Hirsch y Van der Marel no son experimentadores de alta presión. “Creemos que algunas de sus acciones se han desviado hacia ataques personales”, dice. “Simplemente no vamos a permitir que la gente nos arroje barro desde la distancia”. Dias envió cartas de «cese y desistimiento» a Van der Marel y al presidente del departamento de Hirsch y decano en UCSD.

Eremets dice que el estudio de Dias aún podría tener razón sobre CSH. Pero ha intentado al menos seis veces replicar los resultados y ha fallado. Aunque el equipo de Dias ha compartido los conceptos básicos de su protocolo experimental, Eremets dice que han sido menos comunicativos en los detalles, como qué tipo de carbono usaron en su mezcla de CSH. Boeri está de acuerdo. “Hay muchas personas que son mucho más cuidadosas y comparten los datos y las muestras”, dice ella.

Salamat dice que los colegas pueden venir a sus laboratorios y observar sus métodos y protocolos. “Tenemos una política de puertas abiertas”. Y señala un replicación CSH publicado en julio. Los críticos cuestionan su independencia, sin embargo, porque fue dirigido por el grupo de Salamat e incluye muchos de los mismos autores que el Naturaleza papel.

Dias y Salamat no bajan el ritmo. El dúo ha co-fundado una compañía, Unearthly Materials, para buscar superconductores comerciales a temperatura ambiente. En conferencias este verano, Dias ha presentado afirmaciones de superconductividad en nuevos compuestos de hidruro. Aunque se negó a comentar sobre esas afirmaciones hasta que se publiquen, dice: «Hemos pasado del trabajo de 2020». Salamat agrega: «Estamos al borde de una nueva era de superconductividad a alta temperatura».

Eremets se muestra escéptico de que los nuevos superconductores de Dias resistan el escrutinio. «¿Cómo es esto posible? Todo lo que toca se convierte en oro”. Pero confía en que el trabajo paciente de la ciencia, respaldado por una replicación minuciosa, distinguirá la verdadera promesa de los hidruros de las afirmaciones cuestionables. “La ciencia no le teme a estas cosas”, dice. “La verdad, tarde o temprano, llegará”.

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