Lo scorso 22 luglio, in modo abbastanza discreto e senza alcun preannuncio, su ArXiv, un server di pre-stampa, è stato pubblicato un articolo che sostiene di aver raggiunto il Santo Graal della superconduttività, ed un gruppo di scienziati coreani ha annunciato di aver creato un superconduttore –un materiale che trasmette l’elettricità senza resistenza–, l’LK-99, che può funzionare a temperatura ambiente e pressione standard.
Se ciò fosse stato confermato, avrebbe potuto portare ad un cambiamento rivoluzionario nei settori dell’energia, dei trasporti e della medicina, tuttavia nonostante i tentativi di replicare questa scoperta, molti scienziati sono rimasti scettici, fino a quando giusto qualche giorno fa è arrivata la smentita ufficiale, in un paper pubblicato su Nature.
Il materiale protagonista è una variante di un minerale noto come apatite di piombo, denominato LK-99, con scienziati professionisti e dilettanti che si sono impegnati a ricreare il materiale, ripetendo i test e esaminando la teoria alla base. I superconduttori, in grado di trasportare elettricità senza resistenza, sono vantaggiosi per l’efficienza energetica e presentano proprietà magnetiche di grande valore tecnologico, tuttavia l’ostacolo principale è la necessità di temperature estremamente basse e pressioni elevate per il loro funzionamento, rendendoli attualmente poco pratici.
L’opinione scientifica generale fin dal principio tendeva verso un prudente scetticismo, con almeno due laboratori che hanno tentato senza successo di replicare il LK-99, anche perché questo materiale sarebbe stato sicuramente un superconduttore fuori dal comune, non solo per la sua potenziale operatività in qualsiasi ambiente terrestre, ma scienziati e fisici dei materiali sanno che c’è ancora molto da scoprire sulla superconduttività, e quindi non l’hanno considerata una situazione impossibile.
La Professoressa Susie Speller, dell’Oxford Centre for Applied Superconductivity, ha spiegato che i superconduttori noti hanno “coppie di Cooper”, cioè elettroni accoppiati da interazioni solitamente deboli, e quando si raggiungono temperature più elevate, l’energia termica può rompere queste coppie.
L’obiettivo era trovare un materiale in cui le coppie fossero così saldamente legate da non essere separate dall’energia termica, e gli scienziati coreani ritenevano che LK-99 presentasse questa caratteristica, ma invece abbiamo ottenuto il risultato opposto, dove questo oggetto si è rivelato essere un isolante, con la comunità scientifica internazionale che tuttavia aspetta prove indipendenti per confermare le affermazioni fatte nel documento originale.
Le prove cercate sono le manifestazioni chiare di una transizione, ad esempoio a pressione atmosferica, i materiali diventano superconduttori al di sotto di una temperatura critica, e nonostante siano stati pubblicati video e articoli che indicano alcune proprietà magnetiche interessanti, non c’è ancora un quadro completo che dimostri se LK-99 sia davvero un superconduttore.
“La caratteristica più evidente di un superconduttore è la resistenza zero”
spiega il Professor Speller, aggiungendo che un materiale, dovrebbe mostrare una certa resistenza, ma quando viene raffreddato, dovrebbe improvvisamente perdere resistenza e diventare assolutamente zero nello stato superconduttore, e questo cambiamento dovrebbe essere evidente nella resistenza alla temperatura di inizio della superconduttività.
Cosa sappiamo sui superconduttori e sull’LK-99
I superconduttori sono noti anche per il loro effetto magnetico unico, permettendo loro di levitare su un magnete, come nei treni maglev. Alcuni video del LK-99 mostrano proprietà magnetiche intriganti, coerenti con un diamagnetismo, tuttavia i superconduttori sono diamagnetici perfetti, un aspetto che non è stato dimostrato per LK-99.
Gli esperti hanno cercato queste tre prove chiave per stabilire se LK-99 fosse veramente un superconduttore, e sebbene ora sia ufficiale che non lo sia, i video che mostravano i granelli di LK-99 in levitazione non erano già stati considerati sufficientemente convincenti, sebbene in parte anche studi teorici hanno identificato caratteristiche che LK-99 avrebbe potuto condividere con i superconduttori noti.
Non è ancora chiaro se tali proprietà siano indicative della superconduttività, e sebbene non esista una teoria che escluda la possibilità di un superconduttore a temperatura ambiente, rimane ancora un enigma di quali siano i requisiti necessari per raggiungere tale stato.
La scienza si basa sullo scetticismo per verificare le affermazioni straordinarie con prove altrettanto straordinarie, e l’iniziale posizione di attesa non significava che gli scienziati fossero riluttanti a scoprire nuovi fenomeni o materiali, in realtà, una tale scoperta sarebbe stata accolta con entusiasmo, aprendo nuovi orizzonti nella fisica e nella tecnologia.
Sebbene LK-99 si sia rivelata una falsa pista, questo non indebolisce la ricerca sulla superconduttività, che continua a influenzare molteplici campi come l’energia rinnovabile, il trasporto sostenibile e la medicina avanzata.
Il materiale in questione è una variazione di un minerale chiamato apatite di piombo, e se fosse stato come gli scienziati coreani sostenevano, questo lo avrebbe reso molto più pratico e conveniente da usare in applicazioni reali.
I superconduttori sono materiali che hanno la capacità di trasportare correnti elettriche senza resistenza, il che significa che non c’è perdita di energia sotto forma di calore o attrito, inoltre i superconduttori hanno effetti magnetici sorprendenti, come la capacità di respingere i campi magnetici e levitare sopra i magneti, proprietà che potrebbero essere sfruttate per creare dispositivi più efficienti ed ecologici, come generatori di energia, motori elettrici, treni ad alta velocità, scanner medici e computer quantistici.
Tuttavia, la sfida principale nella ricerca sulla superconduttività è trovare materiali che possano funzionare a temperature e pressioni accessibili, con la maggior parte dei superconduttori conosciuti che richiede temperature vicine allo zero assoluto (-273°C) o pressioni molto elevate per mostrare le loro proprietà, cosa che limita notevolmente il loro uso pratico e aumenta i costi operativi.
Gli scienziati coreani hanno difeso la loro scoperta e hanno dichiarato di essere disposti a collaborare con altri ricercatori per convalidare i loro risultati, ed hanno anche pubblicato alcuni video online che mostrano le presunte proprietà magnetiche di LK-99 ma, come già detto, questi non sono stati considerati sufficientemente convincenti dalla maggior parte degli esperti.
La ricerca sulla superconduttività è un campo molto attivo e competitivo, in cui nuove scoperte vengono fatte regolarmente, tuttavia la verifica sperimentale e teorica è essenziale per stabilire la validità e la rilevanza di queste scoperte.
Per dimostrare che LK-99 fosse davvero un superconduttore, gli scienziati avrebbero voluto vedere tre proprietà misurate in modo chiaro e coerente. La prima è la resistenza zero, che significa che il materiale non oppone alcuna resistenza al flusso della corrente elettrica, e questo dovrebbe essere evidente da un cambiamento improvviso nella resistenza del materiale quando viene raffreddato al di sotto di una certa temperatura critica.
La seconda è il diamagnetismo perfetto, che significa che il materiale respinge completamente i campi magnetici esterni e li esclude dal suo interno, e questo dovrebbe essere evidente dal fatto che il materiale levita sopra un magnete o si allontana da esso, inoltre dovrebbe verificarsi alla stessa temperatura in cui si verifica il cambiamento di resistenza.
La terza è la capacità termica, che significa la quantità di energia necessaria per modificare la temperatura di un materiale di un grado. Questa proprietà dovrebbe mostrare una transizione drammatica tra il materiale nel suo stato normale e nel suo stato superconduttore, e anche questa transizione dovrebbe avvenire alla stessa temperatura in cui si verificano le altre due proprietà.
Queste tre proprietà sono le firme distintive di un superconduttore e devono essere osservate in modo consistente e riproducibile per confermare la scoperta. I video e i documenti pubblicati dagli scienziati coreani non sono riusciti a fornire queste prove in modo convincente.
Nonostante i grandi progressi fatti nella scoperta e nello sviluppo dei materiali superconduttori, ci sono ancora molte sfide da affrontare per rendere la superconduttività una tecnologia ampiamente applicabile e conveniente. Alcune di queste sfide sono:
- la sintesi e la fabbricazione di fili e nastri superconduttori di alta qualità e basso costo. I materiali superconduttori sono spesso fragili e difficili da lavorare in forme utili per le applicazioni pratiche. Inoltre, i processi di fabbricazione devono garantire che i fili e i nastri abbiano una buona stabilità meccanica, termica ed elettrica, una bassa anisotropia e una buona adesione con i materiali isolanti o protettivi.
- La comprensione e il miglioramento delle proprietà critiche dei materiali superconduttori. Le proprietà critiche includono la temperatura critica (Tc), il campo critico (Hc), la corrente critica (Ic) e il fattore di qualità (Q). Queste proprietà determinano le condizioni operative dei materiali superconduttori e influenzano le loro prestazioni e la loro affidabilità. Per aumentare le proprietà critiche, è necessario studiare i meccanismi fisici alla base della superconduttività e ottimizzare la composizione, la struttura e il trattamento termico dei materiali.
- La ricerca sulla superconduttività è un campo in rapida evoluzione, e nuove scoperte vengono regolarmente fatte. Tuttavia, la verifica sperimentale e teorica è essenziale per stabilire la validità e la rilevanza di queste scoperte. Finché non ci saranno prove più solide e indipendenti a sostegno della rivendicazione degli scienziati coreani, la comunità scientifica rimarrà cauta e scettica sul loro presunto superconduttore a temperatura ambiente.
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