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Il sogno della superconduttività e il caso di LK99

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Due articoli apparsi sulla piattaforma di preprint arxiv.org hanno prospettato la scoperta di un superconduttore “da sogno”, cioè in grado di lavorare e temperatura e pressione ambiente, chiamato LK99.  La pubblicazione ha fatto notizia e scosso la comunità scientifica; ma, come ha definitivamente concluso la tavola rotonda dedicata al tema e tenutasi proprio a settembre nell'ambito della Conferenza Europea sulla Superconduttività Applicata, LK99 non è altro che una bufala. 

Immagine modificata da Mai-Lihn Doan/Wikimedia Commons. Licenza: CC BY-SA 3.0

«Dove posizioneresti questi autori in una scala da “truffatori senza vergogna” a “scienziati troppo entusiasti”?» Questa è la domanda che David Larbalestier, professore di ingegneria meccanica alla Florida State University, si è visto recapitare da un collega insieme all’articolo che annunciava la scoperta di un materiale superconduttore a temperatura ambiente. Nel luglio 2023 alcuni ricercatori sudcoreani hanno pubblicato sulla piattaforma arxiv.org due articoli (qui e qui) che raccontavano le proprietà uniche di un materiale ribattezzato LK99: secondo i loro dati, questo materiale composto da rame, piombo, fosforo e ossigeno sarebbe un superconduttore a temperatura e pressione ambiente. Gli articoli spiegano che un device prodotto con questo materiale sarebbe capace di trasportare elettricità senza disperdere calore e di espellere un campo magnetico già nelle condizioni in cui normalmente viviamo. Gli autori riportano che la produzione di LK99 è molto semplice: si ottiene da elementi facilmente reperibili e sfrutta tecniche accessibili anche a laboratori poco equipaggiati.

La notizia ha subito scosso la comunità scientifica, che da sempre sogna di produrre un materiale con queste caratteristiche.

Lo stato dell’arte dei superconduttori

La superconduttività a oggi è ottenibile solo a temperature estremamente basse e le applicazioni tecnologiche devono prevedere raffinate operazioni di raffreddamento. I pochi superconduttori utilizzati in tecnologie commerciali lavorano alla temperatura dell’elio liquido, come nel caso dei dispositivi per la risonanza magnetica che sfruttano magneti a base di niobio e titanio mantenuti a circa -268°C. La tecnologia di raffreddamento è cruciale in questo caso, e infatti l’impegno per migliorarne le prestazioni supera di gran lunga l’impegno per trovare nuovi materiali superconduttori.

Per rendere meno impattante questa necessità, da decenni la ricerca è concentrata sulla produzione di materiali che diventino superconduttori a condizioni il più possibile vicine a quelle ambiente: la produzione di energia, la mobilità sostenibile, le tecniche diagnostiche sono solo alcuni esempi di tecnologie che gioverebbero di superconduttori facilmente utilizzabili. La strada per arrivare a tale risultato è ancora lunga e tortuosa: combinando alcuni elementi nel gruppo delle terre rare tra loro e con l’idrogeno oppure unendo vari metalli pesanti, alcuni gruppi di ricerca hanno ottenuto materiali che diventano superconduttori a circa -70°C mentre altri ottimi risultati sono stati ottenuti alzando la pressione ad alcune migliaia di atmosfere.

Figura 1. Un riassunto grafico dei più importanti materiali superconduttori. Crediti immagine: PJ Ray/Wikimedia Commons. Licenza. CC BY-SA 4.0

Come si può notare dal grafico, le condizioni operative anche dei superconduttori più innovativi rimangono molto lontane da quelle che permettono la vita sulla Terra: circa 25°C e 1 atmosfera. In questo contesto, è facile comprendere la domanda ricevuta da Larbalestier e il generale scetticismo di tutta la comunità scientifica di fronte all’annuncio.

La bufala smentita

Meno prevedibile è stato invece l’impatto mediatico dei due articoli, che sono diventati virali nel giro di poco tempo: il passaparola ha avuto particolare successo su Twitter anche grazie a un breve video in cui gli autori mostrano un piccolo pezzo di LK99 sollevarsi quando appoggiato su un magnete. La notizia è quindi arrivata anche a pubblici non specializzati e l’entusiasmo è divampato, con varie testate generaliste in giro per il mondo che hanno ripreso la vicenda. Anche il New York Times ha pubblicato un approfondimento incentrato sul lavoro della comunità scientifica che si è subito adoperata per smentire o confermare la scoperta. La facilità di produzione, infatti, ha permesso a svariati laboratori di mettersi a lavoro per replicare gli esperimenti dei sudcoreani mentre altri gruppi di ricerca specializzati in fisica computazionale hanno azionato i loro calcolatori per mettere alla prova l’impianto teorico discusso nei due articoli.

Questo processo di revisione è stato oggetto di una tavola rotonda aperta a tutti organizzata in occasione della Conferenza Europea sulla Superconduttività Applicata (EUCAS 2023) che si è tenuta a Bologna dal 3 al 7 settembre 2023: con la moderazione di Paola Catapano, comunicatrice in forza al CERN, alcuni dei ricercatori più esperti nel campo hanno spiegato tutto il lavoro di peer review svolto nell’arco di due mesi e discusso i risultati definitivi delle ricerche su LK99.

Gli interventi hanno smontato con chiarezza cristallina i risultati sperimentali, l’apparato teorico e tutti i proclami dei ricercatori sudcoreani. Per fare un esempio: i creatori di LK99 hanno dichiarato che il loro materiale potrebbe portare una rivoluzione nel quantum computing. Anna Grassellino, direttrice del Superconducting Quantum Materials and Systems al FermiLab di Chicago, ha chiarito che la realtà è molto più complessa: i computer quantistici lavorano a temperature prossime allo zero assoluto per mantenere stabile l’informazione che manipolano, non perché costretti dalle caratteristiche dei materiali di cui sono composti. L’utilizzo di un superconduttore a temperatura ambiente darebbe enormi grattacapi ai ricercatori impegnati nel quantum computing senza fornire soluzioni ai problemi che oggi affrontano. Tsuyoshi Tamegai, dell’Università di Tokyo, ha invece discusso i risultati sperimentali: i suoi grafici e le sue spiegazioni portano a concludere che sicuramente LK99 non  solo non è un superconduttore ma è addirittura un isolante elettrico senza caratteristiche metalliche. Questa è anche la spiegazione più semplice ed efficace al video circolato sui social media. Lilia Boeri , de La Sapienza Università di Roma, ha infine raccontato come calcoli computazionali sui modelli proposti dai creatori di LK99 dimostrano che questo materiale non ha una temperatura critica al di sotto della quale diventa superconduttore.

La quantità di prove atte a smentire l’articolo dei sudcoreani lascia pochi dubbi.

La scienza al suo meglio

Questa breve ma significativa esperienza permette anche una riflessione sull’efficacia della revisione tra pari (peer review) e sulle opportunità di pubblicare articoli in portali come arxiv.org, dove una revisione pre-pubblicazione non esiste. A domanda diretta sulle opportunità e i rischi di questa procedura, Larbalestier fornisce una risposta che sottolinea gli aspetti positivi di tutta la vicenda: la pubblicazione aperta a tutti degli articoli su LK99 ha reso pubblico, trasparente e molto rapido tutto il lavoro di revisione e controllo sui dati e ha dimostrato come la comunità scientifica sia capace di autocorreggersi in poco tempo: nel giro di un mese gli scetticismi sono stati confermati e la bolla di entusiasmo è scoppiata.

Larbalestier ha inoltre sottolineato che eventi di questo genere sono i benvenuti, perché riportano l’attenzione dei decisori e degli stakeholder sulla tematica di ricerca: dove c’è attenzione mediatica, c’è anche attenzione politica e quindi accesso a fondi indispensabili per continuare il lavoro.

Non smettere di cercare

Proprio l’attenzione mediatica generata da annunci mirabolanti fornisce momenti di grande visibilità ai ricercatori, come successo agli scienziati sudcoreani. Nei decenni, però, sono state pubblicati varie rivendicazioni sui superconduttori a temperatura ambiente, tutte poi rivelatisi infondate: per descrivere questa tendenza, Koichi Kitazawa è arrivato a coniare l’acronimo USO, sigla che sta per Unidentified Superconductive Objects. Un po’ come gli UFO, anche gli USO sono avvistamenti straordinari di superconduttori a temperatura ambiente che non superano i test a cui sono sottoposti dalla comunità scientifica: come le visite di alieni anche gli USO intrigano, affascinano, generano speculazioni e ci ricordano che i superconduttori a temperatura ambiente sono da qualche parte nell’infinito universo formato da tutte le possibili combinazioni tra gli elementi della tavola periodica.

L’entusiasmo del pubblico e degli stakeholder intorno a LK99 prova che la comunità scientifica non deve arrendersi di fronte ai risultati deludenti ottenuti negli anni e continuare a esplorare per vincere la prossima grande sfida.

 


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