明敏 蕭簫 發自 凹非寺
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登上Nature封面的「首個室溫超導體」重磅論文，突然被撤下了！
什麼情況？？？
要知道，這篇論文當時在學術圈引起了巨大轟動，劍橋大學、馬普所等眾多知名學者都表示這具有「里程碑」一般的意義。
並被Science評為2020年度十大科學突破之一。
研究發現了人類歷史上第一種室溫超導體，可以在15℃「高溫」下無任何電阻地導電：
室溫超導體的發現，不僅加速了超導磁體相關如粒子對撞機、核聚變等研究的進度，還可能真正降低我們平時生活中的電力傳輸損耗。
但論文公開後，質疑聲浪越來越大：最初只是有人探究實驗數據的合理性，到後面連實驗的真實性也開始被懷疑。一位萬引學者嘗試復現了實驗6次，全部以失敗告終。
BUT，更令人意外的是9位作者的態度——
他們一致反對外界的質疑，認為自己的論文是「經過實驗和理論驗證」的結果。
直到這篇論文被Nature主動撤稿，他們也完全不同意「論文涉嫌操縱數據」這一理由。
所以，這項研究的核心爭議點究竟是什麼？
證明超導現象的關鍵數據「存在疑雲」
先來看看Nature給出的撤稿理由：
在一些關鍵的數據處理步驟中，（這篇論文）使用了一種非標準化的、用戶自定義的程序。
具體而言，這個程序指的是論文中用來處理原始數據、以生成磁化率圖的背景減法（background subtractions，用於處理嘈雜背景信號的方法），處理後的數據呈現在圖2a和補充材料圖7d中。
但論文卻沒有針對這種背景減法進行解釋，因此數據有效性也受到質疑，我們認為這會削弱外界對磁化率數據的信心。
其中，磁化率是判斷材料是否進入超導態的重要依據之一。
（材料進入超導態的兩個依據：磁化率在某種條件下突變為-1，具備完全抗磁性；電阻突然消失，具備絕對0電阻）
簡單來說，Nature認為論文作者在處理非常關鍵的磁化率數據時，採用了一種不尋常的方法，卻沒有解釋為什麼要用這個方法。
被質疑的兩張圖片長這樣：
△圖2a和圖7d
乍一看似乎沒什麼問題：圖2a表示在不同壓力的情況下，這種材料在達到不同特定溫度時，磁化率均會出現突變，意味着進入了超導態；圖7d是其他壓力下的磁化率變化。
但如果對部分數據進行簡單的處理，就會發現一些奇怪的地方。
例如，對一組實驗數據點求差分（difference，前一個數據減去後一個數據，相當於求導）。正常情況下，經過差分處理的數據，通常會呈現出一個無規律的形狀，因為噪聲是無規律的。
然而對這篇論文的實驗數據求差分後，得到的形狀是這樣的（幾乎全部呈現為0.16555的整數倍）：
△點的間距非常有規律
再去掉差分後，數據形狀與原來相比有了翻天覆地的變化：
△與圖a和b相比，看起來完全不一樣了
儘管作者們表示，這是他們為了去除背景噪音進行的操作，但Nature卻認為「這種方法並不具有說服力」。
除了Nature以外，研發出第一個超導氫化物的馬普所實驗物理學家Mikhail Eremets，還嘗試對這次實驗進行了復現。
然而他復現了6次，全部都以失敗告終（也與論文作者不願意透露材料細節有關，復現材料的具體佔比與論文可能有出入）。
投稿僅2個月就登上Nature封面
這篇引起爭議的論文，據稱發現了人類第一個室溫超導體。
這是一種氫-硫-碳組成的材料，在尖對尖鑽石產生的極大壓力下產生15℃左右的超導現象。
具體來說，論文將兩種氫化物混合在一起，然後在超高壓下讓整個混合物重新組合。
他們選擇了硫化氫（一種臭雞蛋氣味氣體）和甲烷（天然氣主要成分），將這兩種物質與鉑電極一起放在金剛石砧中。
金剛石砧是兩個「尖對尖」金剛石，在二者之間可以產生巨大的壓力，可以達到幾百萬個大氣壓，當壓力超過4萬個大氣壓時，研究人員用綠色激光照射數小時，破壞硫-硫鍵，從而形成硫-氫化合物。
研究發現，當壓力到達到267萬個大氣壓時，只需把樣品降低至15°C，就能看到電阻消失，這也是材料進入超導態的另一個重要證據（還有一個是磁化率）。
這篇論文發出來後，當時在學術界引起了巨大轟動。
要知道，低溫條件一直是限制超導體應用的巨大阻礙。
直到1987年，美籍華裔物理學家朱經武發現了液氮（77K，約-196℃）溫區的「高溫超導體」釔鋇銅氧，超導體才開始被廣泛應用於磁懸浮、超導計算機、核磁共振成像、手機信號基站等領域。
△完全抗磁性可用於磁懸浮
不過無需額外冷卻的室溫超導體，一直是科學家們的終極追求。（注意在超導中，室溫比「高溫」的溫度要高）
所以儘管這種新材料需要極高壓條件實現超導態（大約是地球核心的75%）、實際應用價值有限，卻仍然是超導界的「里程碑事件」。
論文一經投出，就被Nature接收，僅2個月後直接刊登上封面。
研究成果還入選了2020年《物理世界》十大突破事件、2020年Science十大突破事件。
△圖源Science 2020年度十大突破
截至被撤稿前，它的被引用次數已經有365次。
憑藉該研究，論文作者們（來自羅切斯特大學、英特爾公司和內華達大學拉斯維加斯分校）也拿到了很多重磅獎項，又以兩位通訊作者為代表。
通訊作者之一蘭加·迪亞斯 （Ranga P.Dias），是羅切斯特大學物理系助理教授。憑藉室溫超導體，他被《時代》雜誌評選為全球100位最具影響力創新者、獲得美國國家科學基金會頒發的CAREER獎。
通訊作者之二阿什坎·薩拉瑪特 （Ashkan Salamat），內達華大學拉斯維加斯分校助理教授。從他的主頁來看，近兩年大部分學術新聞報道，都集中在這篇室溫超導論文上。
△迪亞斯（左）和薩拉瑪特（右）
值得一提的是，迪亞斯和薩拉瑪特已經為此成立公司，基於現有研究成果來開發商用室溫超導體。
然而，發出後不到2個月，這篇論文就陷入了造假輿論風波，隨着時間推移非但沒有解除，反而引來了更多學界人士的質疑。
發表兩年爭議不斷
如果淺看一下這篇論文的主頁，會發現它早在發佈兩個月後，就更新過一次內容。
然而，隨着更多細節被披露，論文的爭議聲卻越來越大。2021年8月25日，核心爭議點出現：關於磁化率數據的問題。
在這樣的聲浪下，Nature的論文主頁上接連出現了「三連警告」，並正式於今年9月26日撤稿論文。
這中間究竟發生了什麼？
最先站出來質疑的核心人物，是一位名叫豪爾赫·赫西 （Jorge Hirsch）的加州大學聖迭戈分校理論物理學家。
學術圈衡量學者影響力的重要指標h指數，就是他提出來的。
論文發表後，赫西第一時間向團隊申請查看原始數據，但一再遭到拒絕。
對此通訊作者迪亞斯表示，當時研究成果正在申請專利，律師要求數據暫時保密。
這並未讓赫西停下質疑的腳步。
2021年，赫西針對這種超導體的完全抗磁性、磁化率等問題提出質疑，將自己的觀點、驗證數據的過程、中間遇到了哪些阻礙都寫成論文發表在arXiv、Physica C上，很快引起軒然大波。
此時，一直沒有正面回應質疑的迪亞斯團隊，終於在2021年11月於arXiv上發表了論文的原始數據和背景信號處理方法（這些內容此前在論文及補充材料中都沒有解釋）。
BUT，研究團隊遭受的質疑卻更多了。
一方面是研究態度上，康奈爾大學量子材料物理學家Brad Ramshaw就表示，這意味該研究從原始數據到公開數據的過程，都非常不透明。
另一方面是公開的數據本身，赫西在arXiv上又發表了幾篇文章，聲稱迪亞斯團隊用多項式曲線擬合數據「是一種捏造」。
由於言辭過於激烈，題目直指室溫超導體或是一場科學騙局，以至於arXiv、Physica C接連刪除了相關文章，他也因此被arXiv禁言，今年2月起暫時無法發表文章。
他還向羅切斯特大學投訴迪亞斯團隊學術不端，但學校表示兩次調查中都沒有發現證據。
就在這個節骨眼上，事情迎來了關鍵轉折，日內瓦大學凝聚態物理學家Dirk van der Marel也出手了。
他和赫西一起發佈了新文章，再次強調室溫超導體論文中的一些數據是經過人為處理的。
文章發出不久，便傳來Nature撤稿處理的消息，Van der Marel表示這讓他感到鼓舞：
很高興，不只是我們覺得它有問題。
（當然，赫西覺得僅僅撤稿還不夠，因為這根本不能體現迪亞斯團隊學術不端的事實）
與兩位「打假人」相反，研究團隊卻根本不認為自己的成果是有問題的。
通訊作者之一迪亞斯表示，他們計劃在不刪減任何背景信息的情況下，將論文重新提交給Nature。
通訊作者之二薩拉瑪特則指出，撤稿的關鍵因素在於磁化率數據的問題，但零電阻數據是沒問題的，它才是判斷高壓領域超導成果的主要證據。他還補充稱，赫西和Van der Marel都不是高壓物理學家：
我認為他們的一些行為已經上升到了人身攻擊，我們不會讓別人給自己潑髒水的。
薩拉瑪特還放話，歡迎大家來他們實驗室觀摩室溫超導體的研究方法，在7月份他們剛剛發佈了一個復刻版。
（但這項成果的獨立性也遭到了質疑，因為新成果的作者和此前Nature論文作者團隊高度重合……）
One More Thing
常溫超導體的通訊作者迪亞斯，也是首個金屬氫成果的第一作者。
此前有研究認為，金屬氫很可能是室溫超導體材料之一，但這種材料必須在極端高壓下合成。
2017年，Science報道了來自哈佛大學艾薩克·席維拉團隊的成果，迪亞斯是團隊成員之一。
實驗室將氫氣樣本冷卻到了略高於絕對零度的溫度，還是在極高壓條件下，用金剛石對氫氣進行壓縮，成功獲得了一小塊金屬氫，這塊金屬氫樣本被保存在兩塊微小的金剛石之間。
然而，論文發表後，實驗室卻稱由於操作失誤，該金屬氫樣本已損毀或消失。
因此也有不少學者懷疑這塊金屬氫是否真的存在過。
參考鏈接：
[1]https://www.science.org/content/article/something-seriously-wrong-room-temperature-superconductivity-study-retracted
[2]https://news.ycombinator.com/item?id=32993556
[3]https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/TJQ1WCM2vsKeAx2k20FA7g
[5]https://arxiv.org/pdf/2201.07686.pdf
[6]https://www.science.org/content/article/breakthrough-or-bust-claim-room-temperature-superconductivity-draws-fire
— 完 —
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