Il superconduttore LK-99 sarebbe un salto in avanti per l’informatica e la nostra comprensione della scienza dei materiali

La maggior parte dei progressi tecnologici è modesta per natura, costruendosi lentamente sulle generazioni precedenti.  Tuttavia, di tanto in tanto, si verifica una svolta nella scienza dei materiali che non rappresenta un passo, ma un balzo in avanti.  Se un team di scienziati in Corea ha ragione nelle sue recenti scoperte sui superconduttori, potrebbe aver fornito al mondo una di queste svolte.

Al momento, il team di scienziati afferma di aver scoperto un superconduttore realizzato senza materiali esotici e stabile e funzionante sia a

• pressione ambiente
• temperatura ambiente

Questo superconduttore, che è una struttura di apatite di piombo modificata, è attualmente indicato come ‘LK-99’.  Nel loro articolo, il team dichiara,

“Per la prima volta al mondo, riportiamo il successo nella sintesi di un superconduttore a temperatura ambiente e pressione ambiente con un approccio chimico per risolvere il problema di temperatura e pressione. Abbiamo chiamato il primo superconduttore a temperatura ambiente e pressione ambiente LK-99.”

Di seguito, diamo una breve occhiata a cosa sia un superconduttore e cosa significhi per il futuro.

Cosa sono i superconduttori?

Prima di esaminare perché i superconduttori siano così ricercati, dobbiamo prima capire cosa siano realmente.  A tal fine, i superconduttori sono materiali che possono condurre elettricità o trasportare elettroni da un atomo all’altro senza resistenza.  Ciò significa che la corrente elettrica può fluire attraverso il materiale senza alcuna perdita di energia.  Possedendo la capacità di consentire trasferimenti di elettricità senza perdite, i superconduttori permettono sistemi energetici estremamente efficienti.

Curiosamente, la superconduttività è un fenomeno quantistico che tipicamente si verifica in materiali selezionati e solo entro un intervallo ristretto di parametri.  Più comunemente, temperature estremamente basse che si avvicinano allo zero assoluto (-273,15 gradi Celsius o -459,67 gradi Fahrenheit).

È importante notare che le proprietà uniche dei superconduttori non si limitano al solo trasferimento energetico efficiente.  Si estendono anche a includere forti campi magnetici, rendendoli inestimabili per applicazioni come le macchine di risonanza magnetica (MRI) negli ospedali e i treni a levitazione magnetica (maglev).

Il canale YouTube Techquickie spiega bene questo in un episodio passato intitolato ‘Fast as Possible’.

Attualmente, esistono due tipi di superconduttori ampiamente accettati.  Questi includono,

1. Superconduttori di tipo I: Questi materiali mostrano superconduttività a temperature molto basse e sotto campi magnetici deboli.  Sono tipicamente metalli puri come alluminio, mercurio e piombo.
2. Superconduttori di tipo II: Questi sono solitamente composti metallici o leghe che mostrano superconduttività a temperature relativamente più alte e sotto campi magnetici elevati.  Esempi includono niobio-stagno (Nb3Sn) e ossido di ittrio-bario-rame (YBCO).

È importante notare che le temperature sono relative.  Ciò significa che, mentre i superconduttori di tipo II sono noti come varianti ad alta temperatura, ciò è in confronto al tipo I.  Il fatto rimane che richiedono comunque temperature troppo basse per essere pratici nell’uso quotidiano.

Perché un superconduttore a temperatura ambiente e pressione ambiente è così ricercato?

La scoperta di un superconduttore a temperatura ambiente e pressione ambiente avrebbe profonde implicazioni per la tecnologia e la scienza nel suo complesso.  Ecco alcune potenziali applicazioni e impatti.

1. Trasmissione di energia: I superconduttori possono trasportare corrente elettrica senza alcuna perdita dovuta alla resistenza.  Ciò renderebbe la trasmissione di energia estremamente efficiente, potenzialmente rivoluzionando la nostra rete elettrica e riducendo gli sprechi energetici.
2. Treni a levitazione magnetica (Maglev): Con superconduttori a temperatura ambiente, la costruzione e il funzionamento dei treni maglev diventerebbero molto più pratici ed economici.  Questi treni potrebbero viaggiare a velocità molto elevate con un consumo energetico minimo.
3. Tecnologia medica: Potrebbero essere sviluppati macchinari MRI di alta qualità e più efficienti e altri dispositivi di imaging medico, poiché si basano su magneti superconduttori.
4. Computazione quantistica: I superconduttori sono già fondamentali per alcuni tipi di computer quantistici (come quelli costruiti da IBM e Google), ma attualmente devono essere raffreddati a temperature estremamente basse.  I superconduttori a temperatura ambiente renderebbero i computer quantistici più pratici, potenzialmente accelerando lo sviluppo di questa potente nuova tecnologia.
5. Stoccaggio di energia: I superconduttori possono essere usati per creare sistemi di stoccaggio di energia ad alta capacità ed efficienti, noti come sistemi di accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES).  Questi potrebbero svolgere un ruolo vitale in un futuro di energia rinnovabile.
6. Ricerca scientifica: Molti strumenti scientifici e esperimenti (ad esempio, quelli della fisica delle particelle) potrebbero diventare più efficienti e più facili da gestire con superconduttori a temperatura ambiente.

In sostanza, qualsiasi macchina, dispositivo o processo che dipende dall’elettricità o è ostacolato dall’attrito trarrà enormi benefici sia dal punto di vista funzionale che di efficienza.

Campi che saranno rivoluzionati da LK-99

As mentioned above, there are numerous fields that could benefit from such a superconductor.  The team behind LK-99 underscores this, stating,

“The LK-99 is a very useful material for the study of superconductivity puzzles at room temperature. All evidence and explanation lead that LK-99 is the first room-temperature and ambient-pressure superconductor. The LK-99 has many possibilities for various applications such as magnet, motor, cable, levitation train, power cable, qubit for a quantum computer, THz Antennas, etc. We believe that our new development will be a brand-new historical event that opens a new era for humankind”

Come accennato sopra, esistono numerosi campi che potrebbero beneficiare di un tale superconduttore. Il team dietro LK-99 sottolinea questo, affermando,

“Il LK-99 è un materiale molto utile per lo studio dei misteri della superconduttività a temperatura ambiente. Tutte le evidenze e le spiegazioni indicano che il LK-99 è il primo superconduttore a temperatura ambiente e pressione ambiente. Il LK-99 ha molte possibilità per varie applicazioni come magneti, motori, cavi, treni a levitazione, cavi di potenza, qubit per un computer quantistico, antenne THz, ecc. Crediamo che il nostro nuovo sviluppo sarà un evento storico completamente nuovo che apre una nuova era per l’umanità”

Mentre esistono una moltitudine di campi scientifici e industrie che verrebbero rivoluzionati con l’accesso a un superconduttore a temperatura ambiente e pressione ambiente, ce n’è uno che potrebbe beneficiare più di tutti: l’informatica.

L’informatica – che si riferisca al mining di Bitcoin, agli smartphone, ai server di dati, ecc. – trarrà grandi benefici da una maggiore miniaturizzazione, efficienza energetica e velocità di elaborazione. Che sia tramite una riduzione della generazione di calore, una diminuzione della latenza, o altro, i superconduttori hanno il potenziale di introdurre la vera prossima generazione di computer.

Scetticismo diffuso su LK-99

IF il team di scienziati dietro il documento discusso sopra è corretto nelle loro scoperte su LK-99, i benefici risultanti per l’umanità saranno sbalorditivi.  Tuttavia, c’è un asterisco significativo che aleggia sulle loro scoperte – una mancanza di revisione tra pari.

Considerato che gli scienziati di tutto il mondo hanno cercato per decenni un superconduttore a pressione ambiente e temperatura ambiente, è naturale che vi sia una sana dose di scetticismo intorno alle affermazioni fatte.  Per far diminuire questo scetticismo, i risultati del team devono essere ricreati in modo controllato e ripetibile.  L’importanza del processo di revisione tra pari è multipla, includendo,

1. Controllo di qualità: La funzione più immediata della revisione tra pari è garantire la qualità degli articoli pubblicati nelle riviste scientifiche. I revisori valutano criticamente la metodologia, le statistiche e la presentazione dei risultati per assicurarsi che le conclusioni siano supportate dai dati.
2. Validazione della ricerca: I revisori tra pari convalidano la metodologia di ricerca e i risultati. Determinano se i metodi di ricerca sono appropriati e sono stati applicati correttamente. Verificano inoltre che i risultati derivino dai dati e che i dati siano interpretati correttamente.
3. Pratiche non etiche: La revisione tra pari aiuta a prevenire plagio, falsificazione dei dati e altre pratiche non etiche nella ricerca scientifica. I revisori hanno il compito di individuare eventuali schemi sospetti o incoerenze che possano suggerire tali abusi.
4. Standardizzazione: Applicando le convenzioni e le aspettative scientifiche standard, la revisione tra pari promuove coerenza e coesione all’interno di un campo scientifico.
5. Credibilità: La revisione tra pari aggiunge credibilità a un articolo di ricerca. Altri ricercatori, così come il pubblico generale, spesso considerano il lavoro revisionato tra pari più affidabile perché ha subito questo livello di scrutinio.

Ciascuno di questi punti è importante perché, nel loro insieme, facilitano il progresso verificabile della scienza.  I lavori revisionati tra pari forniscono agli scienziati di tutto il mondo una base su cui basare il loro prossimo esperimento o invenzione.

Tuttavia, è anche importante notare che il processo di revisione tra pari non è perfetto e ha i suoi limiti.  Talvolta può non rilevare errori importanti o frodi, e può esserci bias nel processo.  Nonostante le sue potenziali carenze, la revisione tra pari è attualmente lo strumento migliore che abbiamo per mantenere la qualità e l’integrità della letteratura scientifica.

Se dimostrato vero

L’idea di LK-99 è allettante ma necessita di essere dimostrata vera.  Fortunatamente, non dovrebbe passare molto tempo prima che ciò avvenga, e a causa delle potenziali applicazioni di un tale materiale, già scienziati di tutto il mondo stanno lavorando proprio a questo.  Se tutto risulterà confermato, non ci sarà dubbio che ci sarà un enorme interesse nell’utilizzare LK-99 per applicazioni reali e nel migliorare ciò che può offrire.