Als hun data klopt, hebben deze natuurkundigen zojuist de wereld veranderd

Mogelijk hebben ze de heilige graal van de kwantummechanica opgelost.
20.8.18
Image: Screenshot YouTube

In het onderzoeksveld van toegepaste kwantummechanica zijn er twee heilige gralen.

De ene is het bouwen van een grootschalige kwantumcomputer en de andere is het bereiken van supergeleiding bij een temperatuur die boven het vriespunt van water ligt, ook wel bekend als supergeleiding bij kamertemperatuur. Supergeleiders zijn materialen die geen elektrische weerstand hebben – wat betekent dat elektronen ongehinderd door het object kunnen stromen – maar tot nu toe hebben natuurkundigen alleen supergeleiding kunnen bereiken door materialen tot ongelooflijk lage temperaturen te koelen. Als supergeleiding bij kamertemperatuur mogelijk zou zijn, zou gratis transport van energie, véél snellere computers en ongelooflijk nauwkeurige sensoren mogelijk maken. Kortom, het zou de wereld fundamenteel veranderen.

Advertentie

In juli publiceerden Dev Thapa en Anshu Pandey, twee gerenommeerde chemisch natuurkundigen van het Indian Institute of Science in Bangalore een artikel op arXiv waarin ze beweerden dat ze “supergeleiding bij kamertemperatuur en onder normale drukomstandigheden” wisten te bereiken met behulp van een matrix van goud- en zilverdeeltjes. Deze aankondiging schokte de natuurkundige gemeenschap, en begrijpelijk ook. Niet alleen beweerden Thapa en Pandey dat ze supergeleiding op kamertemperatuur hadden bereikt, maar ze deden het ook met goud en zilver; twee materialen die nooit eerder kenmerken van supergeleiding hebben vertoond, zelfs niet bij extreem lage temperaturen.

Maar toen de natuurkundegemeenschap de gegevens nader ging bekijken, leek er iets niet te kloppen. Op 10 augustus leverde Brian Skinner, postdoctoraal natuurkundige aan MIT, commentaar op het arXiv-artikel van Thapa en Pandey, waarin hij een vreemde correlatie tussen twee onafhankelijke metingen uitwees.

Afbeelding: Twitter/Brian Skinner

Bekijk de groene en blauwe stippen in de bovenstaande grafiek. Ze vertegenwoordigen de ruis gemeten tijdens twee afzonderlijke experimenten van Thapa en Pandey om de magnetische gevoeligheid van hun supergeleidende materiaal te testen. Ruis is per definitie willekeurig, dus er mag geen correlatie zijn tussen de ruis gemeten in twee afzonderlijke experimenten. Maar in de bovenstaande grafiek zijn de blauwe stippen precies gecorreleerd aan de groene stippen, en alleen een beetje naar beneden verschoven.

“Als je twee metingen hebt, gemaakt op verschillende tijdstippen en onder licht verschillende omstandigheden, die precies hetzelfde patroon aan willekeurige variaties laten zien, dan is dat heel ongewoon,” vertelde Skinner me in een e-mail. “Het is nog niet duidelijk wat deze herhaalde ruis betekent. Het zou een echt bestaand en nog onbekend natuurfenomeen kunnen zijn, of het zou een gevolg kunnen zijn van het meetproces dat we ook nog niet begrijpen. Maar het is een voldoende opvallende observatie dat het aandacht vereist.”

Advertentie

Skinner kreeg ook antwoord op zijn kritiek van Thapa en Pandey, zei hij in een tweet. Volgens Skinner zeiden de auteurs dat ze de correlatie niet eerder hadden opgemerkt, maar niet terugkwamen op hun bewering dat ze supergeleiding bij kamertemperatuur hadden waargenomen. Niettemin moest deze opmerkelijke correlatie in de ruisgegevens verklaard worden.

Op zaterdag plaatste Pratap Raychaudhuri, een fysicus van het Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai, een openbare Facebook-post waarin hij probeerde uit te leggen hoe deze gegevens legitiem kunnen zijn. Een mogelijkheid die door Raychaudhuri wordt aangevoerd, is dat de door Thapa en Pandey gerapporteerde ruis helemaal geen ruis is, maar feitelijk een deel van het gemeten signaal dat voortkomt uit de beweging van deeltjes in een magnetisch veld. Zoals Raychaudhuri uitlegde, zou het mogelijk zijn om de ruis waargenomen in magnetische velden onder een bepaalde sterkte (dat wil zeggen, minder dan 3 Tesla) te reproduceren. Bij deze sterkte zouden de deeltjes niet volledig van elkaar loskomen en zouden aldus een ‘herinnering’ van hun oorspronkelijke formatie behouden. Dus, als de onderzoekers een magnetisch veld met een bepaalde sterkte toepassen, deze uitschakelen en vervolgens opnieuw op hetzelfde monster deeltjes toepassen, zou het ruispatroon in wezen hetzelfde zijn. Dit komt doordat de deeltjes hun oorspronkelijke startconfiguratie zouden behouden.

Advertentie

Maar zoals Raychaudhuri opmerkte, lost deze mogelijke verklaring nog steeds niet alle problemen in het paper op.

De voornaamste afwijking in dit verband is dat de nanostructuur van het goud en zilver een resistieve (of, met andere woorden, elektrische) en magnetische overgang naar een supergeleider onderging bij dezelfde temperatuur. Volgens Raychaudhuri zou dit alleen gebeuren als de test werd uitgevoerd op hetzelfde monster, wat volgens de auteurs niet het geval was. Raychaudhuri voerde aan dat deze problemen gemakkelijk konden worden opgelost als de auteurs hun testmonsters met de onderzoeksgemeenschap zouden delen, iets wat ze tot nu toe niet hebben gedaan.

“Het doel van mijn opmerking is niet om Thapa en Pandey te verdedigen, maar eerder om alle mogelijke scenario's te presenteren waar de gemeenschap over zou moeten nadenken,” schreef Raychaudhuri in zijn Facebook-post. “In het belang van een gezond academisch discours is het van het grootste belang dat Thapa en Pandey naar buiten komen met hun gegevens en hun voorbeelden.”

Toen ik contact opnam met Pandey om te vragen waarom hij en Thapa hun data niet delen, vertelde Pandey me dat ze hun “resultaten laten valideren door onafhankelijke experts in de respectievelijke onderzoeksgebieden.”

“Dit proces kost tijd,” vertelde Pandey in een e-mail. “Zonder validatie zijn de details van de synthese en apparaatconstructie speculatief en dat zal alleen maar tot verdere verwarring leiden. We zullen de resultaten van de validatie zo snel mogelijk bekendmaken op het juiste plek.”

Advertentie

In de tussentijd is dit supergeleidings-drama alleen maar vreemder geworden. Op maandag ontving Raychaudhuri een e-mail die afkomstig leek te zijn van T.V. Ramakrishnan, een van de meest prominente natuurkundigen van India. Volgens een andere openbare Facebook-post van Raychaudhuri werd hem in de e-mail gevraagd “geen kritiek te leveren op Thapa en Pandey op sociale media, en geduld te hebben.” Bijgevoegd bij de e-mail was een reeks e-mails die naar verluidt amicale gesprekken tussen Ramakrishnan en Pandey bevatte. Raychaudhuri reageerde op de e-mail van Ramakrishnan met het verzoek “geen meningen te vormen op basis van niet-primaire bronnen.”

Maar toen Raychaudhuri zijn antwoord naar Ramakrishnan wilde sturen, merkte hij dat de professor zijn normale e-mailadres niet gebruikte, dus stuurde hij de mail naar het gebruikelijke e-mailadres van Ramakrishnan. Kort daarna ontving Raychaudhuri een telefoontje van Ramakrishnan die hem meedeelde dat hij helemaal nooit de e-mail met het verzoek om geen kritiek te uiten op Thapa en Pandey had gestuurd. Toen Raychaudhuri het e-mailadres controleerde, ontdekte hij dat het bericht was verzonden door ene ‘wileslicher@protonmail.com’

Afbeelding: Brian Skinner/Twitter

“Ik kan er gewoon niet bij, wie zoiets zou doen: een zorgvuldig gefingeerde, zeer geloofwaardige e-mailconversatie maken en verzenden via een gecodeerde e-mailserver, alleen om me ervan te weerhouden een berichtje op Facebook te zetten,” schreef Raychaudhuri op Facebook op zondag.

Later die dag, volgens een post op Twitter, ontving Skinner een Facebook-verzoek van een profiel met de naam Wiles Licher. Het profiel had nul vrienden en slechts één post, die luidde: “Julius Caesar. De Caesar die niet stopte.” Skinner dacht aanvankelijk dat het een troll was, maar merkte toen op dat Lichers account zestien dagen voor het plaatsen van het supergeleidingsartikel op arXiv was aangemaakt.

Advertentie

Voorlopig is het voor iedereen de vraag of Thapa en Pandey daadwerkelijk supergeleiding bij kamertemperatuur hebben bereikt – een ontdekking die de wereld zoals wij die kennen zou veranderen.

Ik heb contact gezocht met Pandey om meer te vragen over hun onderzoek en zal dit bericht updaten als ik terug hoor. Het is echter wel het vermelden waard dat de uitzonderlijkheden in hun artikel akelig veel doen denken aan een van de grootste schandalen in de moderne natuurkunde.

In 2001 publiceerde de prominente Duitse fysicus Jan Hendrik Schön een artikel in Nature waarin hij beweerde een transistor op moleculaire schaal te hebben gemaakt. Net als de supergeleiding bij kamertemperatuur van Pandey en Thapa waren de implicaties van Schöns papier enorm – het zou het einde hebben betekend van op silicium gebaseerde elektronica ten gunste van organische elektronica, het zou de wet van Moore voor onbepaalde tijd verlengt hebben en de prijs van elektronische hardware drastisch verlagen.

Toen natuurkundigen echter Schöns gegevens gingen onderzoeken, ontdekten ze dat de ruismetingen in een aantal verschillende experimenten identiek waren. Aangezien ruis willekeurig is, hadden deze metingen telkens anders moeten zijn. Hoewel Schön in eerste instantie elke vergissing ontkende, onthulde verder onderzoek dat hij de gegevens van verschillende experimenten had gefingeerd, wat ertoe leidde dat Schöns doctoraat werd ingetrokken en tientallen van zijn papieren werden teruggetrokken uit toonaangevende wetenschappelijke tijdschriften.

Een soortgelijk lot wacht misschien op Thapa en Pandey als blijkt dat hun gegevens nep zijn. Aan de andere kant kan het een eerlijke fout zijn of zelfs een grote doorbraak in de vastestof-fysica. Maar tot nu toe doen de Indiase onderzoekers nog erg geheimzinnig over de resultaten van hun proeven, terwijl de wetenschappelijke gemeenschap op de uitkomst wacht.