世界的に物議を醸した「室温超伝導」事件の真相はこうだった！

制作：中国科学普及協会

著者: メイ・リン (若手研究者)

プロデューサー: 中国科学博覧会

韓国の研究チームが、世界初の常温・常圧超伝導体を合成したと主張する論文をプレプリントプラットフォームarXivに発表してから1か月以上が経過した。最初の衝撃と疑念からその後の実験的および理論的検証に至るまで、これまでのところ、科学者たちは基本的な合意に達しています。

これは偽物です。

韓国量子エネルギー研究所の研究チームが合成したLK-99の浮遊現象

画像出典：（韓国量子エネルギー研究所の研究チームが公開したビデオのスクリーンショット）

しかし、科学界にとって、「これは偽物だ」と知るだけでは十分ではありません。この結果がなぜ偽物なのか、科学者たちはどのような間違いを犯したのか、そして私たちはどのような教訓を学ぶべきなのかについても知る必要があります。

それだけでなく、傍観者である私たちも、何が起こったのかを正確に知る必要があります。そうでなければ、私たちはただの傍観者となり、混乱したまま入ってきて当惑したまま出て行くことになります。

焦らずに、科学者たちがこの事件でミスを犯した理由を真剣に「明らかに」しましょう。

「室温超伝導」現象の原理は学校の試験にも出題されるのでしょうか？

理解を助けるために、非常に単純な例え話を使います。

ある学校に合計 50 人の生徒がいるクラスがあるとします。校長は、50 人の児童のうち 5 人が毎日授業中に寝ていて、まったく勉強していないことを発見しました。その結果、このクラスの平均点はすべての試験で90点を超えました。

校長先生は、次のような結論に達しました。「授業中に寝る生徒にはスーパーパワーがある！授業中に寝ても、試験で90点以上取れるのだ！」そして、その結論を全校生徒に発表した。

この校長先生は人々を笑わせようとしているのではないかと思います。なぜ？

「平均点が90点以上」というのは、授業中に寝ている子どもでも90点以上取れるということではありません。平均点が非常に高いのは、おそらく授業中に寝なかった他の子供たちのテストの成績が良かったため、全体の平均点が上がったためだと考えられます。

（写真提供：Veer Gallery）

「授業中に寝ると勉強がはかどる」という理論を検証したいのであれば、授業中に寝る子どもたちを混ぜて平均点を見るのではなく、授業中に寝る子どもたちのテストの点数を個別に見るべきです。

平均点を見る必要がある場合は、単に 2 種類の生徒を混ぜて実験するのではなく、「生徒全員が授業中に寝る」クラスを見つけて平均点を見る必要があります。

韓国チームはこの事件でまさにそのようなミスを犯した。

硫化銅：室温超伝導については責任を負いかねます

彼らの実験では、銅、鉛、リン、酸素などの元素を含むいくつかの材料を組み合わせて、新しい化合物 LK99 が生成されました。研究者たちは、この物質が室温で非常に低い抵抗を持つことを発見し、初の室温超伝導物質を合成したと結論付けた。

しかし、彼らは、自分たちが合成したLK99サンプルが純粋な物質ではなく、硫化銅と呼ばれる物質を含む多くの不純物が混ざっていたことを忘れていたようだ。

測定の結果、サンプル全体が超伝導体のように振る舞うのは硫化銅の導電性によるものであり、個別に精製された LK99 の抵抗は実際には測定できないほど大きかったことが判明しました。

つまり、LK99 は授業中に寝ている生徒のようなもので、硫化銅は実際に高得点を取る生徒のようなものです。

ドイツの科学者によって合成された純粋なLK99サンプルには硫化銅不純物は含まれていません。試験の結果、この物質の抵抗は実験の測定能力よりもさらに高く、超伝導物質であるはずがないことが判明しました。

(画像提供: パスカル・パファル)

では、なぜこのような単純な間違いが最初から発見されなかったのでしょうか?

「一生懸命勉強すれば高得点が取れる」という常識とは異なり、 「硫化銅は相変化後に電気を通すことができる」という事実は、非常に早くから発見されていたものの、知見のポイントがニッチすぎるため、多くの人に知られていません。

しかし、LK99の論文を読んだ後、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校の化学者プラシャント・ジェインは率直にこう言った。「一見すると偽物だ！」

なぜ？ Jain 氏は硫化銅の専門家であり、 LK99 の記事で言及されている 104°C の超伝導転移温度に非常に精通しています。「これが硫化銅の相転移温度です。彼らはこれを知らないのですか?」

関連する知識の欠如によるのか、あるいは他の何らかの理由によるのかはわかりませんが、LK99 チームは、不純物中の硫化銅が疑われる超伝導の本当の原因であることを実際には知らないようです。

科学的失敗の「宿敵」：制御変数法

この事件は私たちにどんな啓蒙を与えてくれるのでしょうか？ここで、よく耳にするけれども見落とされがちな科学的原理、つまり制御変数法について考えてみましょう。

（写真提供：Veer Gallery）

つまり、あるものの特性を研究したい場合、研究プロセス中に、そのあるもの以外の要因が変化して実験結果に干渉することがないようにする必要があります。

したがって、科学研究では、精製の重要性を強調する必要があります。この事件から、ほんの少しの不純物でも私たちの科学研究に大きな幻想を抱かせる可能性があることがわかります。

実際、私たちも日常生活で同様の状況に直面します。ここに小さな例を示します。

私が子供の頃、北部に住んでいたのですが、母はいつも私に蒸しパンを減らして米をもっと食べなさいと言っていました。南部の人は一般的に痩せていて、南部の人はみんな米を食べるので、米をもっと食べると体重が減るだろうと母は観察していたからです。

無知な私はこう思っていました。「わあ、それはとても理にかなっている！」それで食べるために一生懸命頑張ったんですが、結果は…ご想像の通りです。

今日の研究を終えて、「米を食べると痩せる」という理論の誤りをまとめることができますか？この理論を検証したい場合、実験をどのように設計すればよいでしょうか?コメント欄にあなたの洞察や意見を残してください〜

参考文献:

[1]Guo, K.、Li, Y.、Jia、S. Sci.中国物理メカ。強い。 doi.org(2023).

[2]Jain,PK arxiv.orgのプレプリント(2023)。

[3]ダン・ガリストネイチャー620、705-706（2023）