- Face à l’affirmation d’une supraconductivité à température et pression ambiantes par l’équipe du Quantum Energy Research Centre en Corée, plusieurs groupes, dont l’Argonne National Laboratory, ont lancé des expériences de reproduction, mais les physiciens restent prudents en raison du niveau de détail des articles et de la qualité des données
- Deux préprints non relus par les pairs publiés sur arXiv le 22 juillet affirment qu’un matériau à base de plomb, d’oxygène et de phosphore dopé au cuivre peut laisser passer un courant sans résistance à pression ambiante jusqu’à au moins 400K
- Les éléments avancés sont des données suggérant une résistance nulle et l’expulsion du champ magnétique, deux indices de supraconductivité, mais certains spécialistes jugent la présentation des données maladroite et l’explication physique insuffisante
- Le scepticisme se concentre sur le fait que le matériau de départ, l’apatite de plomb, est un minéral non conducteur, que la substitution par le cuivre a peu de chances de modifier fortement ses propriétés électriques, et que les atomes lourds de plomb pourraient gêner la formation de paires d’électrons
- Le critère décisif sera la reproduction des résultats ; si l’apatite de plomb elle-même est bien connue, la synthèse solide en petite quantité, en plusieurs étapes sur 4 jours, n’est pas aussi simple que certaines réactions sur les réseaux sociaux le laissent penser
L’affirmation d’une supraconductivité à température et pression ambiantes et la course à la reproduction
- Sukbae Lee, Ji-Hoon Kim et leurs collègues du Quantum Energy Research Centre en Corée ont mis en ligne le 22 juillet deux préprints liés
- Leur affirmation centrale est qu’un matériau à base de plomb, d’oxygène et de phosphore dopé au cuivre présente une supraconductivité à pression ambiante, jusqu’à au moins 400K, soit au-dessus du point d’ébullition de l’eau
- Si cela est vrai, ce pourrait être une découverte majeure en physique de la matière condensée, avec des perspectives technologiques comme les véhicules en lévitation ou des réseaux électriques extrêmement efficaces
- Mais les articles manquent de détails, si bien que plusieurs physiciens se montrent sceptiques quant aux données et à leur présentation
- Plusieurs équipes, dont l’Argonne National Laboratory, fabriquent déjà ce matériau et tentent des expériences de reproduction
Pourquoi les supraconducteurs sont importants
- Les supraconducteurs sont des matériaux capables de transporter un courant électrique sans résistance
- Les gros électroaimants des appareils d’IRM sont fabriqués à partir de fils supraconducteurs, car un courant sans résistance permet de produire des champs magnétiques puissants sans échauffement ni consommation massive d’énergie
- Les supraconducteurs sont utilisés dans des domaines variés, des filtres de fréquence pour les communications sans fil aux accélérateurs de particules
- Dans les solides cristallins ordinaires, les électrons se déplacent difficilement car ils se heurtent aux atomes vibrants du réseau
- Certains matériaux, à une température suffisamment basse, forment des paires d’électrons faiblement liées, et les vibrations du réseau à basse température ne sont pas assez fortes pour les briser, ce qui permet aux électrons de circuler sans entrave
Le contexte des supraconducteurs classiques et des supraconducteurs à haute température
- De nombreux métaux élémentaires et alliages, comme le plomb, le mercure, le niobium ou l’étain, deviennent supraconducteurs lorsqu’ils sont refroidis près du zéro absolu
- Dans les années 1950, des physiciens ont expliqué que, dans les supraconducteurs classiques, les vibrations du réseau jouent le rôle de colle formant les paires d’électrons
- Dans les années 1980, on a confirmé que des composés complexes contenant des couches de cuivre et d’oxygène présentaient une supraconductivité jusqu’à 133K
- Par la suite, on a aussi découvert que des composés comportant des couches de fer et d’arsenic pouvaient présenter une supraconductivité à des températures presque comparables
- Plus récemment, des affirmations controversées ont aussi avancé que des composés contenant de l’hydrogène, du soufre et du carbone montraient une supraconductivité à température ambiante sous haute pression
Les éléments avancés par l’équipe coréenne
- Les préprints affirment qu’un matériau composé d’éléments courants — plomb, oxygène et phosphore — devient un supraconducteur ultime lorsqu’il est « assaisonné » au cuivre, autrement dit dopé
- Selon cette affirmation, après cuisson de l’échantillon, il suffirait de le laisser à température et pression ambiantes sur une paillasse pour qu’il laisse passer un courant sans résistance
- L’équipe a présenté à la fois des données montrant une résistance nulle et des données suggérant que le matériau expulse le champ magnétique
- L’expulsion du champ magnétique est considérée comme un signe important pour juger de la supraconductivité
- Ces préprints n’ont pas été évalués par les pairs, et l’équipe n’a pas répondu aux demandes de commentaire de Science
Pourquoi les physiciens doutent
- Michael Norman estime que les auteurs donnent l’impression de ne pas très bien connaître la supraconductivité, et que certaines façons de présenter les données sont également suspectes
- Premier problème : avant dopage, l’apatite de plomb n’est pas un métal mais un minéral isolant
- Cela en fait un point de départ peu prometteur pour obtenir un supraconducteur
- Deuxième problème : la structure électronique des atomes de plomb et de cuivre est similaire, si bien que remplacer une partie du plomb par du cuivre a peu de chances de modifier fortement les propriétés électriques
- Norman résume cela en substance ainsi : « si vous partez d’une pierre, vous devriez toujours obtenir une pierre »
- Troisième problème : les atomes de plomb sont très lourds, ce qui peut atténuer les vibrations du réseau et rendre plus difficile la formation de paires d’électrons
- Nadya Mason juge positif que l’équipe ait obtenu des données pertinentes et décrit sa méthode de fabrication de manière relativement claire, mais elle estime que les données elles-mêmes sont assez grossières
Le mécanisme proposé et les questions en suspens
- Les articles ne fournissent pas d’explication solide de la physique à l’œuvre dans le matériau
- Les auteurs supposent que le dopage déforme légèrement de longues chaînes naturelles d’atomes de plomb, et que la supraconductivité pourrait apparaître le long de ces canaux unidimensionnels
- Norman estime cette idée surprenante, car les systèmes unidimensionnels ne produisent généralement pas de supraconductivité
- Le désordre introduit par le dopage devrait aussi, en principe, freiner davantage la supraconductivité, ce qui laisse une autre question ouverte
- Mason note que Lee et Kim ont suggéré qu’il pourrait exister dans ces chaînes un motif ondulatoire de charge, et que des motifs de charge similaires ont déjà été observés dans des supraconducteurs à haute température
L’expérience de reproduction comme juge de paix
- La question essentielle est de savoir si d’autres équipes peuvent reproduire les mêmes observations
- Norman estime que, l’apatite de plomb étant un matériau bien connu, d’autres groupes devraient pouvoir la synthétiser eux aussi
- Mais le processus de synthèse n’est pas aussi simple que certaines réactions sur les réseaux sociaux le laissent entendre
- Jennifer Fowlie souligne qu’une « synthèse solide en petite quantité, en plusieurs étapes sur 4 jours » est présentée comme si c’était étrangement facile
- Les physiciens prévoient de tester cette affirmation très rapidement
- Norman déclare : « Si c’est réel, on le saura d’ici une semaine »
1 commentaires
Avis sur Hacker News
Ce qui est vraiment formidable, c’est que, dans tout ce processus, aucun éditeur scientifique n’est intervenu. L’article a été publié sur arXiv, une controverse est née, et maintenant un laboratoire national l’examine, le tout sans passer par une soumission à une revue scientifique.
Les revues scientifiques sont nées à l’origine pour diffuser les travaux mieux que lorsque les chercheurs se les envoyaient par courrier. arXiv est utile pour l’évaluation par les pairs, et les travaux y sont réellement publics, pas derrière un paywall, de sorte que les pairs peuvent les examiner.
Mieux encore, OpenReview permettrait de suivre les discussions, ce qui serait appréciable, mais quiconque a déjà publié une recherche en open source sait aussi que des questions comme « le modèle a été entraîné, mais comment le teste-t-on ? » ou « comment corriger une erreur de mémoire CUDA insuffisante ? » peuvent vite rendre le tout brouillon. arXiv et les prépublications sont aussi des lieux d’évaluation par les pairs.
Les expériences et les procédés sont difficiles et extrêmement délicats. On s’attend en quelque sorte à fabriquer des matériaux à l’échelle nanométrique avec un procédé macroscopique, et la chimie donne parfois l’impression de fabriquer une puce électronique avec une masse. C’est du genre : « frappez 70 fois pendant 30 secondes dans 3,8 mL d’acétone pour obtenir une structure monocristalline. Pas 71 fois, ni 69. »
Les chimistes sont experts pour décrire clairement une procédure tout en omettant des détails cruciaux qui paraissent insignifiants, mais qu’un expérimentateur chevronné peut mettre un ou deux ans à découvrir. Et en plus, la procédure en question n’est même pas présentée de façon claire.
Le meilleur scénario, c’est de voir des amateurs motivés tenter la synthèse du matériau et constater qu’il fonctionne moins parfaitement que prévu. Ensuite, sur 5, 10 ou 150 semaines, on peut parier sur leur patience et leur rigueur pour répéter l’opération et déterminer si le problème vient de la nature ou de la technique.
Je ne dis pas que cette affaire-ci est le même genre d’échec, mais il y a 34 ans, cela passait par des conférences de presse et la circulation de brouillons, pas par arXiv.
Je suis très sceptique, mais lorsqu’on traite de phénomènes qui ressemblent à des hasards, vérifier l’affirmation initiale est plus important que la reproduction elle-même.
Il faudrait envoyer sur place l’équipement et le personnel d’un laboratoire indépendant, ou envoyer des échantillons du matériau à un laboratoire indépendant pour validation. Si le miracle est réel, on devrait pouvoir effectuer des analyses de matériaux comme la spectroscopie et la diffraction des rayons X, ainsi que divers autres tests.
Peut-être qu’une contamination particulière due à une négligence a réuni toutes les conditions pour donner l’apparence d’un supraconducteur, auquel cas d’autres personnes pourraient ne pas parvenir facilement à le reproduire.
Les transformations involontaires de Jekyll devenaient de plus en plus fréquentes, il fallait toujours plus de sérum pour les inverser, puis le sel utilisé pour le sérum a fini par manquer, et les lots préparés avec le nouveau stock ne fonctionnaient pas. Jekyll a supposé que l’ingrédient d’origine contenait une impureté responsable de l’effet.
https://en.wikipedia.org/wiki/Jekyl_and_Hyde#Plot
Beaucoup semblent penser que c’est assez facile à fabriquer, mais dans tous les cas, avec un échantillon, on peut vérifier s’il possède les propriétés revendiquées et analyser de quoi il est constitué.
Cela dit, je ne sais pas parfaitement ce qui est réellement possible dans un laboratoire de physique du solide, mais avec le bon labo et le bon équipement, fabriquer ce matériau ne semble pas d’une difficulté absolument monstrueuse. J’espère qu’on saura bientôt de quel côté penche la réponse.
S’ils n’y arrivent pas une deuxième fois, le problème est réglé. Relancer tout le processus coûterait beaucoup de temps et d’argent, mais la planète entière semble prête à fournir les ressources nécessaires.
Dans l’article, le seul passage pertinent est celui qui dit que « des chercheurs d’Argonne et d’ailleurs essaient déjà de reproduire l’expérience, et les personnes ici prennent cela au sérieux et tentent de faire croître ce matériau ».
Le titre soumis est un titre fortement éditorialisé, et il ne signifie absolument pas qu’il existe un effort organisé à Argonne.
En fait, l’expression « prennent cela au sérieux » est plus forte, et le titre soumis en fait plutôt un peu moins.
Le titre reprend l’élément central de l’article, et c’est courant sur HN. Le sous-titre ne fait que dire ce qu’on sait déjà, à savoir qu’il y a beaucoup de scepticisme. Au moins pour certains, dont moi, le fait que de vrais laboratoires du gouvernement américain travaillent dessus était nouveau, et c’est ce qui en fait une information.
La partie où Norman se plaint que les atomes de plomb sont trop lourds ne semble pas très bien correspondre à la composition d’autres supraconducteurs connus. À ma connaissance, le supraconducteur à base d’oxyde de cuivre le plus utilisé est BSCCO, et il a aussi été utilisé dans la première ligne électrique supraconductrice au monde
https://en.wikipedia.org/wiki/Holbrook_Superconductor_Projec...
L’affirmation selon laquelle « les atomes de plomb et de cuivre ayant des structures électroniques similaires, remplacer une partie des atomes de plomb par des atomes de cuivre ne devrait pas beaucoup affecter les propriétés électriques » est également étrange. L’ion plomb(II) invoqué a un nombre pair d’électrons, tandis que le cuivre(II) en a un nombre impair. S’il s’agit de cuivre(I), la charge elle-même change. De la part d’un physicien, c’est un raisonnement très confus
Par ailleurs, le passage disant que « l’apatite de plomb non dopée n’est pas un métal mais un minéral non conducteur » ne colle pas non plus avec le fait que les oxydes de cuivre et les supraconducteurs à base de fer ne sont pas des métaux. Certains sont même des isolants de Mott dans des conditions normales
Il y a des raisons d’être sceptique vis-à-vis de LK-99, mais ce raisonnement n’en fait pas partie
Il semble y avoir une tendance chez d’autres scientifiques à considérer que LK-99 n’est pas un supraconducteur, mais seulement un fort diamagnétique
En tant que non-physicien, je me demande si cela aurait déjà une utilité en soi. En parcourant Wikipedia, les matériaux fortement diamagnétiques ne semblent pas si nombreux ; s’il s’agit de la découverte d’un nouveau matériau, cela pourrait être une découverte importante, même si elle ne bouleverse pas le monde
Il peut présenter du diamagnétisme sans supraconductivité exploitable à grande échelle, et cela pourrait même ouvrir une voie pour modifier le matériau afin d’augmenter la taille des régions supraconductrices. Bien sûr, ce n’est que pure spéculation ; l’hypothèse la plus probable est qu’il s’agit « simplement » d’un diamagnétisme du même type que dans d’autres matériaux, c’est-à-dire une structure où tous les électrons des particules composant l’échantillon sont appariés
Il y a des critiques à formuler sur l’étude originale, mais ils semblent avoir fourni des informations assez sérieuses pour faciliter la reproduction
Nadya Mason, physicienne de la matière condensée à l’University of Illinois Urbana-Champaign, apprécie le fait que les auteurs aient présenté des données adéquates et clarifié les techniques de fabrication, tout en avertissant que les données paraissent un peu grossières
J’ai écrit un fil assez complet sur la situation actuelle. Il est un peu long et difficile à résumer, mais il est ici
https://twitter.com/sanxiyn/status/1685094029116297216
Les réfutations des articles mises en lien, en particulier le fait que le CMTC leur ait mis un F, sont fatales. Un des professeurs Kim de William & Mary est effectivement un universitaire en bonne et due forme et a joué un très petit rôle, mais cela ressemble de plus en plus au résultat produit par quelques originaux du « Q-Centre »
L’essentiel du travail a été fait avant que Kim ne soit impliqué, et son nom n’apparaît que sur 1 des 3 articles publiés jusqu’ici. C’est le seul semblant de légitimité dans toute cette affaire, mais il est très mince. Les 5 autres ont simplement l’air bizarres
La vidéo d’EEVblog sur cette affaire est assez drôle. Si vous ne l’avez pas vue, elle est ici : https://www.youtube.com/watch?v=QHPFphlzwdQ
En regardant cette démo, cela ressemble vraiment à une manière stupide de présenter un matériau miraculeux, et ça n’inspire pas confiance
Je ne comprends pas pourquoi on ne demande pas à analyser l’échantillon supraconducteur qu’ils affirment avoir fabriqué. Tout le monde parle de reproduire la méthode de fabrication, mais les preuves ne se trouvent-elles pas dans le matériau fini ?
Pour moi, l’essentiel est qu’il y a eu suffisamment de progrès dans ce domaine ces 20 dernières années pour qu’une affirmation de supraconductivité suffisamment proche de la température ambiante ne soit plus rejetée d’emblée
Quand je serai vieux et tout blanc, peut-être que tout se déplacera par lévitation magnétique