מוליך-על או
מוליך שולל?

ביום שלישי האחרון עלה לאתר Arxiv, שבו מפרסמים חוקרים את עבודותיהם לפני שהן מתקבלות לפרסום בכתב עת מדעי, מאמר שכותרתו: מוליך העל הראשון בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי (The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor). שבע המילים הללו הספיקו לשלוח את הקהילה המדעית לסחרור, והפכו לשיחת היום והשבוע במסדרון של כל פקולטה לפיזיקה. אם תוצאות המחקר נכונות, זו פריצת דרך שתשנה את העולם. עם זאת, לפי שעה נראה שעיקר תשומת הלב המוקדשת למחקר הזה אינה עוסקת בהשלכות האפשריות שלו, אלא דווקא לתהיה האם התוצאות אכן נכונות.

זו עשויה להיות פריצת דרך שתשנה את העולם. רכבת מהירה ביפן המבוססת על מוליכות-על | צילום: ANDY CRUMP / SCIENCE PHOTO LIBRARY

מסירים את ההתנגדות

"מוליך" הוא השם שאנחנו נותנים לחומר שזרם חשמלי יכול לעבור בו בקלות יחסית - כלומר שההתנגדות שלו  נמוכה. בשנת 1911, גילה הפיזיקאי ההולנדי הייקה קמרלינג אונס (Onnes) שכאשר מעבירים זרם חשמלי דרך כספית שקוררה לטמפרטורה נמוכה מאוד, ארבע מעלות מעל האפס המוחלט, ההתנגדות של הכספית למעבר של זרם חשמלי נעלמת, והוא יכול לעבור דרכה בלי הפרעה. תופעה זו קיבלה את השם מוליכות-על, ומאז שהתגלתה בכספית גילו חוקרים כי חומרים רבים אחרים יכולים להפוך למוליכי-על בתנאים שונים. במאה השנים האחרונות פיזיקאים בילו שעות רבות בניסיון להבין כיצד מוליכות על עובדת, באילו תנאים היא מופיעה, וכיצד אפשר לנצל אותה, אך עד היום אין הסבר מקובל יחיד המצליח להסביר את כל המופעים של מוליכות על בטבע.

למוליכי-על יש כמה תכונות מיוחדות מאוד שבגללן הקהילה המדעית מתעניינת בהם כל כך: ראשית, כפי שציינו, אין התנגדות חשמלית. משמעות הדבר היא שאפשר להעביר זרם חשמלי דרך מוליך-על בלי לאבד אנרגיה בכלל! כמה זה משמעותי? בדרך בין תחנת הכוח שמייצרת את החשמל לשקע החשמלי בבית, כמעט 10 אחוז מהאנרגיה אובדת בגלל התנגדותם של כבלי החשמל. בנוסף, מוליכי על דוחים שדות מגנטיים –  תופעה הידועה בשם אפקט מייסנר (Meissner). תכונות אלו מאפשרות לא רק חיסכון רב באנרגיה אלא גם  פיתוחים טכנולוגיים רבים: היכולת להעביר זרמים חשמליים ללא התנגדות מאפשרת ליצור אלקטרו-מגנטים חזקים במיוחד, בהם נעשה שימוש כבר היום במכשירי MRI למשל. כמו כן, אפשר להשתמש באפקט מייסנר כדי לגרום למוליכי על לרחף מעל שדות מגנטיים – מנגנון שבאמצעותו פועלת ביפן הרכבת המהירה בעולם, SCMagLev, שנוסעת במהירות של כ-600 קמ"ש.

הדגמת ריחוף של מוליך על מעל מגנטים חזקים:

ממצאים מלחיצים

אף שכיום אנחנו מכירים חומרים רבים שיכולים להפוך למוליכי על, הם עושים זאת רק בטמפרטורות מאוד נמוכות. מרבית החומרים מגיעים למצב של הולכת על רק בטמפרטורות נמוכות מ-200 מעלות צלזיוס מתחת לאפס (כ-100 מעלות מעל לאפס המוחלט). למעשה, מה שהפיזיקאים מגדירים "מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה" הם כאלה שמוליכות העל שלהם מתרחשת בטמפרטורה גבוהה מ-196 מעלות צלזיוס מתחת לאפס. על כן, השימושים הטכנולוגיים המבטיחים של מוליכי-על כיום מוגבלים על ידי הצורך לקרר אותם לטמפרטורות נמוכות מאוד. אם ימצא חומר שהוא מוליך-על בטמפרטורת החדר אפשר יהיה לרתום אותו לשימושים רבים ומהפכניים בכל תחומי החיים.

המרוץ לגילוי של מוליך-על בטמפרטורת החדר נמצא בעיצומו, ובשנים האחרונות הוא לווה בלא מעט אירועים דרמטיים ומסעירים. למשל, בשנת 2020 פורסם בכתב העת החשוב Nature מאמר של רנגה דיאס (Dias) מאוניברסיטת רוצ'סטר ועמיתיו, שבו החוקרים טענו כי גילו חומר אקזוטי שהוא מוליך-על בטמפרטורת החדר, כאשר הוא נמצא בלחץ מאוד גבוה – פי מיליון מהלחץ האטמוספרי. המאמר עורר הדים והתרגשות רבה בקהילה המדעית, אבל כאשר מדענים ברחבי העולם בחנו את הנתונים שעליהם התבסס, עלו חשדות לזיופים ופגמים במחקר. החשדות הובילו למשיכת המאמר מ-Nature כעבור שנתיים, ולפתיחת חקירה פנימית באוניברסיטת רוצ'סטר סביב התנהלותו של דיאס. בתחילת 2023 פרסמה קבוצתו של דיאס מאמר נוסף עם קביעה דומה, אבל גם הוא נמשך לאחר מכן מכתב העת עקב חשדות לזיופים, לאחר שחוקרים ברחבי העולם לא הצליחו לשחזר את תוצאותיו. על כן, הדעה הרווחת כיום היא שעדיין לא התגלה מוליך על בטמפרטורת החדר, ושכל טענה על תגלית שכזו צריכה להיבדק בדקדוק.

כיום מוליכות על-מתקיימת רק בטמפרטורות נמוכות מאוד. מוליך-על מקורר מרחף מעל מגנט | צילום: Pete Hansen, Shutterstock

שאלות פתוחות

בשבוע שעבר, קבוצת מחקר מקוריאה הדרומית, שאינה מוכרת בתחום, פרסמה בפרסום מוקדם את המאמר שבו היא טוענת כי גילתה מוליך על בטמפרטורת החדר. לפי המאמר מוליך-העל של הקבוצה הקוריאנית, המכונה LK-99 על שם שניים ממפתחיו, מבוסס על חומרים פשוטים יחסית: גופרית, חמצן ועופרת, ובניגוד לתוצאותיו לכאורה של דיאס, הוא מוליך על גם בלחץ אטמוספרי רגיל. הפרסום עורר בקהילה המדעית גל של סקרנות, התרגשות וגם ספקנות רבה, גם בשל ההשלכות האפשריות של תגלית כזו וגם בעקבות ההיסטוריה העגומה של פרסומים דומים. חשוב לציין שהפרסום אינו בכתב עת מדעי אלא באתר שבו כל אחד יכול לפרסם, והמאמר עדיין לא עבר ביקורת עמיתים, שהיא הליך מקובל לפני פרסום מאמר מדעי. 

מצד אחד, הפרסום נראה יסודי. החוקרים מדגימים במאמר את כל התופעות שאפשר היה לצפות שימדדו במוליך-על, ומציגים ראיות רבות למדידות אלו. יתרה מכך, החוקרים פרסמו גם סרטון המדגים ריחוף מגנטי חלקי של החומר שגילו, כראיה נוספת. בנוסף, מכיוון שהחומר פשוט יחסית לייצור והמחקר כולל פרטים רבים על אופן יצירתו, מעבדות רבות ברחבי העולם כבר מנסות לשחזר את תוצאותיו (כמו למשל בשרשור הזה בטוויטר) ולאשש אותן, אם כי עד לפרסום הכתבה אף מעבדה לא הצליחה לייצר את מוליך העל הזה לפי הנתונים במאמר. 

מלבד הספקנות הרגילה שמתעוררת סביב פרסומים כאלה, במחקר הזה יש טענות גורמות לו להישמע מופרך אף יותר: למשל, החוקרים טוענים שלא רק שהחומר מוליך-על בטמפרטורת החדר, סביב כ-20 מעלות צלזיוס, אלא גם בטמפרטורות חמות יותר, עד כ-120 מעלות צלזיוס (כמעט 200 מעלות צלזיוס יותר מהשיא הקודם). בנוסף, ההסברים הרגילים למוליכות-על אינם יכולים להסביר את האופן שבו החומר הזה הוא מוליך-על, ולכן גם לא ברור אם מבחינה תיאורטית אפשר לצפות למוליכות-על מחומר כזה. זאת ועוד, את חלק מהתוצאות שהציגו החוקרים אפשר להסביר גם אם החומר שפיתחו אינו מוליך על, אלא רק מגנט חזק במיוחד.

הפרשה הסתבכה עוד עם פרסום של דיווח עיתונאי בקוריאה ולפיו כמה מהחוקרים החתומים על המאמר, ועל מאמר נוסף שגם הוא פורסם ב-ArXiv, הסתייגו מהפרסום, אמרו כי יש ליקויים במאמרים וכי החוקר הראשי, יאנג ואן קוון (Kwon) מאוניברסיטת סיאול, פרסם את המאמרים בלי הסכמת שותפיו. חוקר נוסף, סוקבאה לי (Lee), העומד כיום בראש חברה לאנרגיה קוונטית, אמר לאתר קוריאני אחר כי ניסה לפרסם את התוצאות ב-Nature כבר בשנת 2020, אך כתב העת דחה אותן בעקבות הרגישות לאחר פרשת דיאס. 

לנו לא נותר אלא לקוות לסיומה המהיר של הפרשה. אם אכן יתברר שהממצאים נכונים, זו עשויה להיות יריית הפתיחה של עידן טכנולוגי חדש. אם לא, הקהילה המדעית תלמד שוב על בשרה את חשיבותן של ביקורת עמיתים ושל ספקנות מדעית בריאה.