Argonne National Laboratory ने LK-99 के पुनरुत्पादन प्रयोग शुरू किए

• कोरिया के Quantum Energy Research Centre के शोधकर्ताओं के कमरे के तापमान और सामान्य दाब पर सुपरकंडक्टर होने के दावे पर Argonne National Laboratory सहित कई शोध दल पुनरुत्पादन प्रयोगों में जुट गए हैं, लेकिन भौतिक विज्ञानी पेपर के विवरण और डेटा की गुणवत्ता को लेकर सावधानी बरत रहे हैं
• 22 जुलाई को arXiv पर अपलोड की गई दो peer review से न गुज़री preprint में दावा किया गया कि copper-doped lead-oxygen-phosphorus आधारित पदार्थ सामान्य दाब पर कम-से-कम 400K तक बिना प्रतिरोध के धारा बहाता है
• इसका आधार शून्य प्रतिरोध और चुंबकीय क्षेत्र को बाहर धकेलने जैसे सुपरकंडक्टिविटी-सूचक डेटा हैं, लेकिन कुछ विशेषज्ञों का कहना है कि डेटा प्रस्तुत करने का तरीका अपर्याप्त है और भौतिक व्याख्या पर्याप्त नहीं है
• संदेह का केंद्र यह है कि शुरुआती पदार्थ lead apatite एक अचालक खनिज है, copper substitution से विद्युत गुणों में बड़ा बदलाव आना कठिन है, और भारी lead परमाणु electron pair बनने में बाधा डाल सकते हैं
• फैसला पुनरुत्पादन से होगा; lead apatite स्वयं एक जाना-पहचाना पदार्थ है, लेकिन 4 दिन की बहु-चरणीय छोटे-पैमाने की solid-state synthesis सोशल मीडिया की प्रतिक्रिया जितनी सरल नहीं है

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कमरे के तापमान और सामान्य दाब वाले सुपरकंडक्टर के दावे और पुनरुत्पादन की होड़

• कोरिया के Quantum Energy Research Centre के Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim और उनके सहयोगियों ने 22 जुलाई को arXiv पर दो संबंधित preprint अपलोड किए
• मुख्य दावा यह है कि copper-doped lead-oxygen-phosphorus आधारित पदार्थ सामान्य दाब पर, पानी के क्वथनांक से ऊपर कम-से-कम 400K तक सुपरकंडक्टिविटी दिखाता है
• यदि यह सही निकला, तो यह condensed matter physics में एक बड़ी खोज हो सकती है और levitating vehicles या बेहद कुशल power grid जैसी तकनीकी संभावनाओं से जुड़ सकती है
• हालांकि, पेपर में विवरण की कमी है, इसलिए कई भौतिक विज्ञानी डेटा और उसकी प्रस्तुति को लेकर संशय में हैं
• Argonne National Laboratory सहित कई शोध दल पहले ही इस पदार्थ को बनाने और पुनरुत्पादन प्रयोग करने की कोशिश कर रहे हैं

सुपरकंडक्टर क्यों महत्वपूर्ण हैं

• सुपरकंडक्टर ऐसे पदार्थ होते हैं जो बिना विद्युत प्रतिरोध के धारा प्रवाहित कर सकते हैं
• MRI उपकरणों के बड़े electromagnet सुपरकंडक्टिंग तारों से बनाए जाते हैं, और बिना प्रतिरोध धारा बहने के कारण वे गर्म हुए बिना या भारी ऊर्जा खपत के बिना शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र बना सकते हैं
• वायरलेस संचार के frequency filter से लेकर particle accelerator तक, सुपरकंडक्टर अनेक क्षेत्रों में इस्तेमाल होते हैं
• सामान्य crystalline solid में electron, lattice के कंपन करते परमाणुओं से टकराते हैं और आसानी से आगे नहीं बढ़ पाते
• कुछ पदार्थ पर्याप्त कम तापमान पर ढीले-ढाले बंधे electron pair बनाते हैं, और कम तापमान पर lattice कंपन इतने प्रबल नहीं होते कि इन जोड़ों को तोड़ सकें, इसलिए electron बिना बाधा आगे बढ़ते हैं

पारंपरिक सुपरकंडक्टर और उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर का संदर्भ

• lead, mercury, niobium और tin जैसी कई elemental metals और alloys, absolute zero के पास तक ठंडा करने पर सुपरकंडक्टर बन जाते हैं
• 1950 के दशक में भौतिक वैज्ञानिकों ने समझाया कि पारंपरिक सुपरकंडक्टर में lattice vibration, electron pair बनाने वाले glue की तरह काम करते हैं
• 1980 के दशक में यह पुष्टि हुई कि copper और oxygen परतों वाले complex compounds अधिकतम 133K पर सुपरकंडक्टिविटी दिखाते हैं
• इसके बाद यह भी पता चला कि iron और arsenic परतों वाले compounds भी लगभग समान तापमान पर सुपरकंडक्टिविटी दिखा सकते हैं
• हाल के वर्षों में hydrogen, sulfur और carbon वाले compounds के उच्च दाब पर room-temperature superconductivity दिखाने के विवादित दावे भी हुए हैं

कोरियाई शोध दल द्वारा प्रस्तुत आधार

• preprint में दावा किया गया कि lead, oxygen और phosphorus जैसे सामान्य तत्वों से बने पदार्थ को copper से “seasoned” या doped करने पर वह परम सुपरकंडक्टर बन जाता है
• दावे के अनुसार, sample को भट्ठी में तैयार करने के बाद अगर उसे प्रयोगशाला की मेज़ पर कमरे के तापमान और सामान्य दाब पर रखा जाए, तो भी उसमें बिना प्रतिरोध धारा बह सकती है
• शोधकर्ताओं ने प्रतिरोध 0 होने का डेटा दिया, साथ ही ऐसा डेटा भी पेश किया जिसमें पदार्थ चुंबकीय क्षेत्र को बाहर धकेलता हुआ दिखता है
• चुंबकीय क्षेत्र का निष्कासन सुपरकंडक्टिविटी पहचानने का एक महत्वपूर्ण संकेत माना जाता है
• इन preprint का peer review नहीं हुआ है, और Science की टिप्पणी-प्रार्थना पर शोध दल ने जवाब नहीं दिया

भौतिक विज्ञानी संदेह क्यों कर रहे हैं

• Michael Norman का मानना है कि पेपर के लेखक सुपरकंडक्टिविटी के बारे में बहुत नहीं जानते लगते हैं, और कुछ डेटा प्रस्तुत करने के तरीके भी संदिग्ध हैं
• पहली समस्या यह है कि doping से पहले का पदार्थ lead apatite धातु नहीं, बल्कि एक अचालक खनिज है
  • यानी सुपरकंडक्टर बनाने के शुरुआती आधार के रूप में यह आशाजनक नहीं दिखता
• दूसरी समस्या यह है that lead और copper परमाणुओं की electronic structure मिलती-जुलती है, इसलिए lead के कुछ हिस्से को copper से बदलने पर विद्युत गुणों में बड़ा बदलाव आना कठिन है
  • Norman ने इसे इस तरह कहा: “अगर शुरुआत पत्थर से हुई है, तो अंत में भी पत्थर ही निकलना चाहिए”
• तीसरी समस्या यह है कि lead परमाणु बहुत भारी होते हैं, जिससे lattice vibration दब सकते हैं और electron pair बनना और कठिन हो सकता है
• Nadya Mason का कहना है कि शोध दल ने उचित डेटा पाने की कोशिश की है और निर्माण तकनीक अपेक्षाकृत स्पष्ट रूप से बताई है, लेकिन डेटा स्वयं कुछ हद तक कच्चा लगता है

प्रस्तावित मेकैनिज़्म और बाकी सवाल

• पेपर यह नहीं बताते कि पदार्थ के भीतर कौन-सी मजबूत भौतिक व्याख्या काम कर रही है
• शोध दल का अनुमान है कि doping, प्राकृतिक रूप से मौजूद लंबी lead atom chains को थोड़ा विकृत कर देती है, और सुपरकंडक्टिविटी इन एक-आयामी channels के साथ उत्पन्न हो सकती है
• Norman के अनुसार यह दावा चौंकाने वाला है, क्योंकि one-dimensional systems आम तौर पर सुपरकंडक्टिविटी पैदा नहीं करते
• doping से पैदा होने वाली disorder भी सुपरकंडक्टिविटी को और दबाना चाहिए, यह एक और अनसुलझा सवाल है
• Mason का कहना है कि Lee और Kim ने यह भी सुझाया है कि chains में charge की लहर-जैसी pattern हो सकती है, और ऐसी मिलती-जुलती charge pattern उच्च-तापमान सुपरकंडक्टर में पहले भी देखी गई हैं

पुनरुत्पादन प्रयोग ही निर्णायक कसौटी

• सबसे अहम सवाल यह है कि क्या दूसरे शोध दल वही अवलोकन पुनरुत्पादित कर सकते हैं
• Norman का मानना है कि lead apatite एक जाना-पहचाना पदार्थ है, इसलिए दूसरे शोध दल भी इसका synthesis कर सकेंगे
• हालांकि synthesis प्रक्रिया सोशल मीडिया की कुछ प्रतिक्रियाओं जितनी आसान नहीं है
  • Jennifer Fowlie ने कहा कि “4 दिन की बहु-चरणीय छोटे-पैमाने की solid-state synthesis” को अजीब तरह से बहुत आसान काम माना जा रहा है
• भौतिक विज्ञानी इस दावे की बहुत तेज़ी से जांच करने वाले हैं
• Norman ने कहा, “अगर यह सच है, तो हमें एक हफ्ते के भीतर पता चल जाएगा”

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Hacker News की राय

• यह सच में बढ़िया है कि इस पूरी प्रक्रिया में scientific publishers बिल्कुल शामिल नहीं रहे। पेपर arXiv पर आया, विवाद हुआ, और अब national lab इसकी समीक्षा कर रही है—यह सब journal submission के बिना हो रहा है

  • academia में होने के नाते, हाल में सामने आ रही इस अफरातफरी को मैं काफ़ी enjoy कर रहा हूँ। विज्ञान हजारों साल तक journals और academic societies के यह तय किए बिना भी ठीक चलता रहा कि क्या “सही” है, और मौजूदा तरीका एक असफल प्रयोग जैसा है
    journals मूल रूप से इसलिए शुरू हुए थे कि researchers के आपस में डाक से पेपर भेजने के तरीके से बेहतर distribution हो सके। arXiv peer review के लिए अच्छा है, और research सच में public होती है, paywall के पीछे नहीं, ताकि peers उसे review कर सकें
    आगे बढ़कर OpenReview इस्तेमाल किया जाए तो discussions track करना अच्छा रहेगा, लेकिन जिसने भी research को open source के रूप में release किया है, वह जानता होगा कि “model train हो गया, लेकिन test कैसे करें?”, “CUDA out-of-memory error कैसे ठीक करें?” जैसे सवालों की बाढ़ आ सकती है और चीज़ें जल्दी messy हो सकती हैं। arXiv और preprints भी peer review के मंच हैं
  • मुझे नहीं लगता कि LK-99 superconductor है। लेकिन PhD-holder experimental chemist और national lab में काम करने वाले व्यक्ति के तौर पर, अगर Twitch या Twitter streamers superconductor नहीं बना पाते, तो सिर्फ़ इससे कुछ भी साबित नहीं होता
    experiments और processes मुश्किल और बेहद नाज़ुक होते हैं। आप असल में macroscopic process से nanoscale material बनाने की उम्मीद कर रहे होते हैं, और chemistry कभी-कभी ball-peen hammer से microchip बनाने जैसी लगती है। जैसे, “acetone 3.8mL में 30 सेकंड तक 70 बार मारने पर single crystal structure बनता है। 71 बार या 69 बार नहीं मारना”
    chemists procedures को साफ़-साफ़ बताते हुए भी ऐसे बेकार-से दिखने वाले critical details छोड़ देने में expert होते हैं, जिन्हें समझने में किसी skilled experimentalist को 1–2 साल लग सकते हैं। ऊपर से इस बार की procedure तो साफ़ तरीके से व्यवस्थित भी नहीं है
    best-case यह है कि उत्साही amateurs material synthesis try करें, और उसे intended से कम perfect तरीके से काम करते हुए देखें। फिर अगले 5 हफ्ते, 10 हफ्ते, 150 हफ्ते वही काम दोहराकर यह पता लगाने की धैर्य और बारीकी पर दांव लगाया जा सकता है कि समस्या nature की है या technique की
  • “scientific publishers बिल्कुल शामिल नहीं थे” वाली बात, मुझे याद है, 1989 की cold fusion wave में भी ऐसी ही थी
    मैं यह नहीं कह रहा कि यह भी वही failure है, लेकिन 34 साल पहले यह arXiv के बजाय press conference और draft circulation से हुआ था
  • समझ नहीं आता कि experiment reproduce करने से पहले किसी मनमाने academic institution में submit होने तक इंतज़ार क्यों करना चाहिए। modern science की समस्या यही है कि सब कुछ बहुत ज़्यादा academic process से बंधा हुआ है
  • कहीं पढ़ा था कि Einstein के दौर में या उससे पहले ideas को दुनिया के सामने रखने में bureaucracy बहुत कम थी

• मैं बहुत skeptical हूँ, लेकिन जब किसी संयोग जैसे दिखने वाले phenomenon की बात हो, तो reproduction से ज्यादा original claim verification अहम है
  independent lab के equipment और staff को site पर भेजना चाहिए, या material sample independent lab को भेजकर verify करवाना चाहिए। अगर miracle सच है, तो X-ray spectroscopy/diffraction जैसी material analysis और कई tests किए जा सकने चाहिए
  हो सकता है कि किसी लापरवाही से हुई specific contamination ने सभी conditions मिला दी हों और चीज़ superconductor जैसी दिखने लगी हो, और ऐसे मामले में दूसरे लोग उसे आसानी से reproduce न कर पाएं

  • इसे Hyde phenomenon कह सकते हैं
    Jekyll का involuntary transformation धीरे-धीरे ज्यादा बार होने लगा और उसे reverse करने के लिए ज्यादा serum चाहिए था; आखिरकार serum में इस्तेमाल होने वाला salt कम पड़ गया, और नए stock से बना batch काम नहीं आया। Jekyll ने अनुमान लगाया कि original material में कोई impurity रही होगी जो effect पैदा कर रही थी
    https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
  • sample किसी दूसरी lab को analysis के लिए भेज देना काफी लगता है
    लोगों को लगता है कि इसे बनाना काफी आसान है, लेकिन किसी भी हालत में अगर sample है तो यह confirm किया जा सकता है कि उसमें claimed properties हैं या नहीं, और analyze किया जा सकता है कि वह किससे बना है
  • मुझे भी बुरा अंदेशा हो रहा है। या तो original research गलत है, या फिर one-off accident के कारण reproduce करना मुश्किल हो सकता है
    हालांकि मैं पूरी तरह नहीं जानता कि solid-state physics lab में असल में क्या संभव है, लेकिन सही lab और equipment हों तो यह material बनाना बेहद डरावना मुश्किल नहीं लगता। उम्मीद है जल्द पता चलेगा कि मामला किस तरफ है
  • मेरी जानकारी में MIT researchers पहले से ही site पर जाकर ऐसी verification कर रहे हैं, और संभव है कि दूसरी teams भी हों
  • समझ नहीं आता कि वे खुद experiment दोबारा reproduce क्यों नहीं करते। अगर दो बार बना सकते हैं तो यह accident नहीं है, और worst case में भी उस lab-specific कोई चीज़ है
    अगर दूसरी बार नहीं बना पाते तो मामला खत्म। सब कुछ फिर से चलाने में समय और पैसा बहुत लगेगा, लेकिन लगता है पूरी दुनिया जरूरी resources देने के लिए तैयार है

• article में relevant हिस्सा सिर्फ़ यह है कि “Argonne और दूसरी जगहों के researchers पहले से experiments reproduce करने की कोशिश कर रहे हैं, और यहाँ के लोग इसे गंभीरता से ले रहे हैं और इस material को grow करने की कोशिश करना चाहते हैं”
  submitted title काफी edited title है, और इसका मतलब यह बिल्कुल नहीं कि Argonne में कोई organized effort चल रहा है

  • submitted title में क्या समस्या है, समझ नहीं आता। यह narrow title है, लेकिन बस इतना कहता है कि reproduction की कोशिश हो रही है, और यह सही है
    बल्कि “seriously taking it” वाला expression ज्यादा strong है, और submitted title तो थोड़ा कम बेचने वाला लगता है
  • article का सबसे अच्छा हिस्सा वह sentence है: “जिन लोगों ने mortar pestle का इतना इस्तेमाल नहीं किया कि छाले पड़ जाएं, वे साफ़ दिख जाते हैं”
  • पता नहीं original title “A spectacular superconductor claim is making news. Here’s why experts are doubtful.” ज्यादा अच्छा है या नहीं। यह बस “कुछ हुआ है” type का standard title है
    article के core हिस्से को title बनाया गया है, और HN में यह आम तरीका है। subtitle बस पहले से पता “skepticism बहुत है” वाली बात है। कम से कम मेरे सहित कुछ लोगों के लिए यह नया था कि legitimate US government labs इस पर काम कर रही हैं, और वही newsworthy है
  • सही। ऊपर से article भी दो दिन पुराना है, यानी इस topic में अब लगभग ancient document जैसा है

• Norman ने जिस हिस्से में शिकायत की कि सीसे के परमाणु बहुत भारी हैं, वह अन्य ज्ञात superconductor compositions से मेल खाता नहीं दिखता। मेरी जानकारी में सबसे ज़्यादा इस्तेमाल होने वाला cuprate superconductor BSCCO है, और दुनिया की पहली superconducting power line में भी इसका इस्तेमाल हुआ था
  https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
  यह दावा भी अजीब है कि “सीसे और तांबे के परमाणुओं की electronic structure समान होती है, इसलिए सीसे के कुछ परमाणुओं को तांबे के परमाणुओं से बदलने पर electrical properties पर बड़ा असर नहीं पड़ना चाहिए।” दावा किया गया lead(II) ion में electrons की संख्या सम है, जबकि copper(II) में विषम। अगर copper(I) हो, तो charge ही अलग हो जाएगा। किसी physicist से सुनने के लिए यह बहुत उलझाने वाली logic है
  और “undoped lead apatite धातु नहीं बल्कि non-conducting mineral है” वाला हिस्सा भी इस बात से मेल नहीं खाता कि cuprates और iron-based superconductors धातु नहीं होते। कुछ तो normal conditions में Mott insulator भी होते हैं
  LK-99 पर संदेह करने की वजहें हैं, लेकिन यह तर्क उनमें से नहीं है

• ऐसा लगता है कि दूसरे वैज्ञानिकों में यह रुख बन रहा है कि LK-99 superconductor नहीं, बल्कि बस एक strong diamagnetic material है
  physicist न होने के नाते मुझे जिज्ञासा है कि क्या यह अपने आप में भी उपयोगी है। Wikipedia सरसरी तौर पर देखने पर strong diamagnetic materials बहुत ज़्यादा नहीं दिखते, तो अगर यह किसी नए material की खोज है, तो शायद दुनिया हिला देने वाली न सही, फिर भी बड़ी खोज हो सकती है

  • यह इस पर निर्भर करता है कि diamagnetism कैसे पैदा हो रहा है। अगर material locally superconducting है लेकिन overall नहीं, तो यह बड़ी खोज हो सकती है
    इस्तेमाल लायक scale की superconductivity के बिना diamagnetism दिख सकता है, और आगे चलकर material में बदलाव करके superconducting regions का size बढ़ाने का रास्ता भी खुल सकता है। बेशक यह पूरी तरह speculation है, और ज़्यादा संभावना यही है कि यह “बस” दूसरे materials जैसा diamagnetism हो, यानी sample बनाने वाले particles के electrons सभी paired structure में हों
  • दिलचस्प तो होगा, लेकिन lead से बना कोई नया diamagnetic material आने से दुनिया बदल देने वाले implications नहीं होंगे। खोज हो जाए तो बस काफी cool बात होगी

• मूल research पर criticism तो है, लेकिन लगता है कि reproduction आसान बनाने के लिए उन्होंने काफी ईमानदारी से materials उपलब्ध कराए हैं
  University of Illinois Urbana-Champaign की condensed matter physicist Nadya Mason ने इस बात को अच्छा माना कि authors ने उचित data प्रस्तुत किया और fabrication technique स्पष्ट की, लेकिन चेतावनी दी कि data थोड़ा rough लगता है

• मौजूदा स्थिति पर मैंने काफी comprehensive thread लिखा है। थोड़ा लंबा है और summarize करना मुश्किल है, लेकिन यहां है
  https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216

  • शानदार thread है। Seoul से जमीन पर निकली शायद इकलौती reporting-style summaries में से एक है
    linked papers की rebuttals, खासकर CMTC द्वारा F grade देना, काफी damaging है। William & Mary के Professor Kim सच में formal academic हैं और उनका role बहुत छोटा था, लेकिन यह धीरे-धीरे “Q-Centre” के कुछ odd लोगों का output जैसा दिखने लगा है
    ज़्यादातर काम Kim के जुड़ने से पहले हो चुका था, और अब तक आए 3 papers में से केवल 1 में उनका नाम है। इस पूरी चीज़ में legitimacy की इकलौती डोर वही हैं, लेकिन वह भी बहुत पतली डोर है। बाकी 5 लोग बस अजीब लगते हैं
  • अगर कोई mirror link हो जिसे बिना login वाले लोग भी पढ़ सकें, तो कृपया post करें
  • paper बिखरा हुआ जैसा इसलिए दिखता है क्योंकि credit चाहने वाले एक पूर्व team member ने इसे बिना अनुमति leak कर दिया था। असल में यह अभी release होने वाला paper नहीं था, और peer review अभी जारी है

• EEVblog ने इस मामले पर जो video बनाया है, वह काफी मज़ेदार है। अगर नहीं देखा है तो यहां है: https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ

  • शोरगुल और unpleasant होना, और सही बात कहना—ये ज़्यादा से ज़्यादा एक-दूसरे से स्वतंत्र बातें हैं। LK-99 पर मैं किसी भी side में नहीं हूं
  • मैं सोच रहा था कि अगर “लटकती हुई copper plate” demonstration में वे बस eddy currents देख रहे हों, तो वह कैसा दिखेगा। ऐसे case में मैंने vague तौर पर सोचा था कि बड़ा movement नहीं दिखेगा, या फिर demo itself बेवकूफाना लगता है
    उस demo को देखकर सच में लगता है कि किसी miracle material को दिखाने का यह बेवकूफाना तरीका है, और इससे trust नहीं बनता
  • यह निराशाजनक, बल्कि चिंताजनक भी है कि ज़्यादा लोगों ने इसे notice नहीं किया। हममें से कोई भी इसे पकड़ सकता था
  • अच्छे points हैं, लेकिन attitude सच में disgusting है

• समझ नहीं आता कि वे दावा किए गए बनाए हुए superconductor sample का analysis करने को क्यों नहीं कह रहे। सब लोग recipe follow करके reproduce करने की बात कर रहे हैं, लेकिन evidence तो finished material के अंदर नहीं है क्या

• मेरे लिए मुख्य बात यह है कि पिछले 20 वर्षों में इस field में कुछ हद तक progress हुई है, इसलिए पर्याप्त रूप से room temperature के करीब superconductivity के claims अब तुरंत खारिज नहीं किए जाते
  शायद जब तक मैं बूढ़ा होकर सफेद बालों वाला होऊं, तब तक सब कुछ maglev से चल रहा होगा

  • room temperature तो नहीं, लेकिन Japan की SCMaglev line जैसे practical implementations में progress देखना बहुत interesting है