真金不怕火煉,在大家翹首等待的日子裏,我們來講一講LK-99背後的故事吧。故事得
1年前

真金不怕火煉 


,在大家翹首等待的日子裏,我們來講一講LK-99背後的故事吧。




故事得從1993年的高麗大學化學系說起。




高麗大學是韓國的頂級大學之一,雖然不如首爾大學有名,但也相當不錯,化學專業在全世界排名大約在79名左右。






高麗大學景色


高麗大學化學系的學科帶頭人叫崔東植,是一個非常有個人魅力的教授。他在1994年提出了一種離經叛道的理論,叫ISB理論(Inter Atomic Superconducting Band,原子間超導帶理論)。他破天荒地認爲,通過一種無機的一維高分子鏈,可以實現超導。但這和主流的BCS超導理論大相徑庭,並沒有引起太多關注,也沒有在科學界掀起絲毫的浪花。全世界只有他自己的研究生李石培默默寫過一篇相關的碩士論文——《基於ISB理論的超導性解釋》(Explanation of Superconductivity by the ISB Theory),之後,這一理論便無人問津。




崔東植教授自然心有不甘,於是不斷物色新的團隊成員。




1996年,一個名叫金智勳的年輕人出現在了他的視线裏。金智勳雖然年輕,但卻是一位真正的實幹派,散發着一種老派而古典的科學氣質。他只相信眼前的實驗結果和數據,哪怕實驗數據和所有主流理論相悖,他也絕不會向任何學閥低頭。崔東植一眼便相中了金智勳,勸他放棄手上的電池材料研究,來自己的超導團隊進行化學合成,順便讀個博士學位。




金智勳答應了。他埋頭苦幹,兩年間對數十種陶瓷材料進行了幾百次實驗,但收獲甚微。崔東植宣稱的“一維超導通道理論”就像鏡中之月,水中之花,看不見也摸不着。




1999年,就在金智勳即將放棄的時候,他在一個鉛磷灰石的樣品上發現了異樣——實驗數據的圖表上有一個微弱的波動——看起來似乎由超導引發。他在激動中不斷重復實驗,最後在幾十個樣本中發現有兩個樣本可以重復這個現象。但可惜的是,這個類似超導的數據就像幽靈一般,太模糊,太微妙,難以捕捉而缺乏說服力。




金智勳在一番嘗試後,始終難以放大這個信號,終於有些灰心。他預感到,如果再這么繼續下去,博士可能是死路一條。於是,無論導師崔東植如何勸說,金智勳還是決心放棄超導,回到了電池材料的老本行研究。




4年後,金智勳以電池材料完成了博士學位,开始在一家供應助聽器電池的小公司踏踏實實地上班。




而失去了心靈手巧的金智勳,崔東植就像失去了左膀右臂,他只能將所有希望寄托於還沒畢業的李石培,希望他能堅持研究。




好在李石培踏實而耐心,他和導師二人不斷修訂ISB理論,不斷縮小超導體配方的搜索範圍。但無論他倆如何努力,也難以像金智勳那樣得心應手。經過9年的時間,李石培在金智勳的研究基礎上,終於完成了超導體的合成論文,於2008年拿到了博士學位。但這一天來得太晚了,李石培在9年的博士生涯中磨滅了科研的興趣,畢業後在一所私立高校擔任老師,轉行教學生計算機。




崔東植的一維超導理論研究陷入了低谷——金智勳在電池公司打工,李石培則在大學裏混日子。




但天意並非如此。




冥冥之中,二人並未忘記1999年發現的幽靈。




2008年,金智勳和李石培一邊在各自單位上班,一邊又鬼使神差地繼續了研究事業。他們注冊了一個名爲Qcenter(量子中心)的“皮包”公司。這個公司有一搭沒一搭地做一些咨詢業務,偶爾做一些實驗——金智勳和李石培回歸了現實生活,超導仿佛只是一種業余愛好,像一個青年時代的夢。1999年的發現像是一個機器中的幽靈,自驚魂一瞥後便消失得無影無蹤。




十年,彈指一揮間,二人從青年步入了中年。




2017年,導師崔東植教授忽然病重,彌留之際,特意召喚金智勳和李石培見面。




二人看着病榻上的恩師,往事湧上心頭。臨終前,導師叮囑二人,一定要找到1999年出現的那個幽靈:“拜托了,繼續研究下去。但是在完美實現之前,不要讓世界看到它。”




在老先生的心中,也許室溫超導就像一朵白蓮花,容不得半點瑕疵和虛假。




5月份,崔東植教授撒手人寰。




李石培決意繼承導師的遺志,开始重新籌建實驗室,繼續研究。




但現實很殘酷。他和金智勳簡單算了一下,研究需要一台電子自旋共振譜儀(ESR,Electron spin resonance),用來檢測檢測物質中不成對電子的特性,還需要一台超導量子幹涉儀(SQUID,superconducting quantum interference device),用來測量微弱的磁通量變化。但這些儀器都非常昂貴,顯然無法由個人承擔。而且,現在大家有了家室,也不能像學生時代那樣無所顧忌,要想全職進行超導研究,就只能對外籌集資金。




但籌錢何其難哉!




起先,在導師老友吳根浩教授的幫助下,他們向韓國國家科學基金會提交了一份申請。但基金會的專家看到這十年之間二人沒有發表過一篇論文,於是十分果斷地拒絕了。




但李石培並不死心,又向權英完教授拋出了橄欖枝。




權英完是高麗大學的終身教授,信譽良好,成果斐然,而且有ESR和SQUID儀器的使用權。當然,權英完覺得這對搭檔有些業余,不過,他想到自己不用承擔太多責任,如果能獲得資助,何樂而不爲呢? 於是,2017 年底,權英完入職Qcenter,在大學工作後偶爾過來。




實驗室在權英完的加持下獲得了資助。




2017年底,Qcenter購买了一台 ESR設備;2018 年初,金智勳全職加入團隊。




有了金智勳的全情投入,還有權英完教授的加持,這個小小的團隊簡直成了超導研究的韓國夢之隊!




但令人始料不及的是,金智勳和權英完並不和諧,二人摩擦不斷。




權英完是一個學院派物理學家,他不滿足於簡單的實驗現象和數據羅列,認爲研究的目的是發現超導現象背後的本質理論。




而金智勳是一個實幹主義的實驗派,他關注 ESR上發現的數據和信號,相信只有明白無誤、無可辯駁的事實才是科學的真諦。




真所謂——道不同,不相與謀也。




而李石培意識到,在過去的20年裏,只有金智勳是唯一那個曾經接近超導鬼魂的人。離开金智勳,他們將一無所成。




於是,李石培开始充當和事佬,他在兩人之間斡旋。實驗又开始磕磕絆絆地推進了。




2018 年初,金智勳很快便重現了1999年發現的痕量超導現象。這一次,他卯足了精神,決心不再讓這個鬼魂在眼皮底下溜走。




他不斷打磨實驗,不斷放大這個倏忽即逝的信號。




但這個信號太微弱了。




它是什么?它看似是圖表上的一個微微抖動,但卻是某個真實發生的神祕事件在現實中的隱約回聲。




金智勳就像是宇宙中的馬可波羅一樣,蒙着眼睛,在未知的大海中探索新的疆域。無數次的實驗裏,他一遍又一遍地呼喊,一次又一次地傾聽ESR的回應。數據時好時壞,他距離真相時遠時近。




時間一天一天地過去了。此時的金智勳在理論指導下,發明了一種全新的方法來篩選和搜索。但材料的排列組合如同茫茫大海,找到室溫超導體如同大海撈針。




理論也只能止步於此。




2020年,新冠席卷全球,實驗室因疫情而封鎖,大家如同被囚禁在大海上的孤島上一般,與外界失去了聯系。




在封鎖期間的一個早晨,金智勳在圖表上看到了一個巨大的峰!他爲之一振——這是幽靈的影子第一次被確切地記錄!




他不斷測試。




但奇怪的是,用同樣的材料,在同樣的環境下,他卻怎么也無法重復這個結果。




宇宙仿佛开了一個玩笑。這怎么可能?




金智勳不斷翻看實驗筆記,精確重復這次異常測試的方法,但沒有發現任何結果。




不過,金智勳有個好習慣,他在每個樣品進入熔爐之前和之後,都會進行拍攝記錄。




他檢查了實驗室的錄像——功夫不負苦心人,他終於發現了異常的蛛絲馬跡——出爐的石英管中,有一個出現了一道裂紋。




金智勳疑惑,難道,這就是召喚幽靈的咒語?




他仔細查看視頻,發現自己在將試管從爐子拿出轉移到秤上時,手肘不小心撞到了桌子,微微磕碎了試管。




此時,金光再現,醍醐灌頂。




金智勳意識到,在鉛磷灰石結晶過程中的某個微妙時刻,需要引入氧氣來改變正在形成的晶體結構!這才是重復實驗的關鍵!




至此之後,實驗進展飛速。




三個月後,Qcenter經過1000多次實驗,終於捉住了這個困擾團隊 20 年之久的幽靈,成功將其封印在結晶裏。




現在,你可以把它握在手裏,它可以在磁場中半懸浮,如同一塊魔法石。






LK-99的抗磁性表現


李石培欣喜若狂。




李石培和金智勳從各自的姓中取出一個字母,用LK-99來命名這種新材料,以紀念1999年發現的痕量超導。






LK-99化學結構示意


權英完驚呆了。他如夢方醒,开始試圖從物理角度進行理論分析。他一开始就不相信崔東植的超導理論,不相信一維超導理論能夠解釋實驗現象。權英完明白,現在自己比其他所有科學家都領先一步,如果他能最先弄清楚背後原理,諾貝爾獎也將有他一份。




這導致他和團隊中的其他成員發生了直接衝突。




此時,成果亟待發表,而團隊分裂。新的困擾又出現在面前。




Qcenter沒有足夠的資金和設備進行更加全面的測量。這種超導材料變成普通材料的臨界溫度非常之高,甚至超出了普通設備的測量範圍!




終於,2020年,團隊克服各種困難,完成了一篇論文投給《自然》雜志,希望能夠獲得編輯青睞。但不幸地是,稿件很快就被拒稿——這個投稿時機不是太好,羅徹斯特大學的Ranga Dias剛剛被揭穿室溫超導作弊。而權英完則認爲,拒稿的原因是因爲文中崔東植的一維超導理論不夠完備。




在一番討論後,大家認爲,論文必須要有更權威的教授參與才能發表。而恰好此時,美國威廉與瑪麗學院的金鉉卓發表了一篇超導論文,於是,大家本着都是韓國人的緣分,开始嘗試聯系金鉉卓教授。




而金教授表現出一個主流科學家的正常反應,委婉地邀請他們到美國進行實驗。




李石培當然明白,這意味着只有把LK-99確切地展示在金鉉卓眼前,他才會被說服和打動。但疫情的封鎖,讓任何跨國的交流都舉步維艱。




團隊只好放棄幻想,开始申請專利,寫新的論文。




疫情大大拖緩了Qcenter的進度。




李石培讓團隊專注於後續研究,比如LK-99的氣相沉積制備,後期如果大規模應用,在電子生產的流水线上必須完成這一步驟。權英完則在 2021年底向大學申請了休假,全力專注於理論研究。




Qcenter並沒有完美的理論來解釋LK-99爲什么會起作用——整個實驗過程非常苛刻。實驗粉末必須用研鉢和研杵均勻混合,顆粒必須完全均勻。如果購买了預先混合的粉末,或者沒有使用研鉢和研杵,甚至從爐子移動到冷卻站的速度太慢,都將會導致結晶失敗。(這也許是最近全世界的實驗室都未能復現結果的原因)




而此時,全世界只有一個人,偶爾可以在石英管離开熔爐的某個玄妙時刻,通過快速打破試管來制造這種神奇的浮石。




這個人就是金智勳。




時間流逝,韓國的疫情管控开始松動。美國的金鉉卓教授飛越大洋,終於見到了傳說中的LK-99,他立刻被這種神奇的材料打動了。超導研究在此刻終於迎來了重大的轉機。




在金智勳的幫助下,金鉉卓开始能夠在美國獨立復制LK-99。這種材料的產量很低,大約10次制備才有一次偶然的成功。




後續如果要充分研究這種物質,Qcenter還需要更大的資金投入[1]。




但金鉉卓的加入,也讓團隊結構發生了變化——權英完被邊緣化,分工變得不太重要——只是負責SQUID的測量。2023年3月,在一次激烈衝突後,權英完被Qcenter解僱。




衆所周知,諾貝爾獎最多只能有三個人分享,而李石培和金智勳必然佔據兩個名額,權英完知道,金鉉卓和自己只能有一人上榜,他獲得諾貝爾獎的希望變得十分渺茫。




7月22日早上7點,權英完在arXiv上搶先發布了第一篇論文。雖然此時LK-99的研究並不完善,過早發表論文並不明智,權英完應該是試圖作最後一搏。




很快,我們看到,金鉉卓在兩個半小時後發表了一篇數據更爲詳實的論文——當然,這篇論文裏沒有權英完的名字。可見,大家對權英完擅自發表文章十分不滿,一致要求撤回尚不成熟的第一篇論文。




至此,一場科學界的宮鬥大戲,徐徐拉开了帷幕。




當下,全世界的實驗室都在爭相尋找1999年的幽靈,競爭激烈。




但誰會第一個成功呢?我們並不知道。我們甚至不知道實驗結果會不會又是一場烏龍——目前已經有一些科學家質疑,所謂的LK-99並非傳說中的超導體,而只是一種新的抗磁體。




而科學就是如此殘酷和無情——科學發現從來不按照計劃進行,它充滿了未知、巧合和偶然。

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