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Aug 31, 2023

LK

Filed under: 超伝導体の熱狂、解説。 良いことをするための最善の方法を見つけること。 ここ数日間、私はできるだけ多くのことを学ぼうと必死に Twitter アカウントをリロードしていました

以下にファイルされています:

超伝導体の熱狂について説明しました。

良いことをするための最善の方法を見つけること。

ここ数日間、私は韓国に拠点を置く物理学者チームが特定したと主張する室温、常圧の超伝導体であるLK-99についてできる限り学ぼうと必死にTwitterアカウントをリロードしてきた。

これは、超伝導体とは何か、あるいは超伝導体が室温または大気圧にあることが重要である理由を学んでからおそらく 1 週間後です。 しかし数日以内に、私はほぼまったくの無知から、テクノロジーが約束する可能性に大喜びするまでになりました。 もちろん、本物であることが前提ですが。

あなたも、無知からめまいへの旅に参加することができます。 超電導材料の作り方と研究方法の詳細は信じられないほど複雑で、問題の作業は、この分野の最先端で活動する物理学者の大規模なチームによって行われます。 しかし、それがなぜ重要なのかを科学的に解明するのは、比較的単純です。

可能であれば、室温超電導が驚異的な技術的進歩への扉を開きます。 これにより送電がさらに効率化される可能性がある。 その結果、バッテリーの充電が速くなり、容量が大きくなります。 実用的なカーボンフリーの核融合エネルギーを可能にする。 そして、量子コンピューティング（既存の最速のコンピュータでも複雑すぎる問題を解決できるコンピュータ）を、より大規模に実現可能にします。

常温で動作することができ、広く有用で製造が容易な超電導体が実現すれば、大きな進歩となるだろう。 何人かの評論家は、これを 1947 年のトランジスタ発明と比較しています。この技術がなければ、その後の数十年間のコンピューティングの進歩は不可能でした。 LK-99 自体はそれほど画期的ではありませんが、その出現は超電導全般に対する社会の関心を再燃させ、この分野における進歩がいかに貴重であるかを思い出させる有益な役割を果たしています。

非常に基本的なことから始めましょう。 あなたが電気技師であるか、私よりも高校の物理をよく覚えている場合は、この部分を飛ばしても構いません。 （ごめんなさい、メーアバッハさん、すっかり忘れてしまいました。）

電気は、一部の物質を他の物質よりも容易に流れます。 物質が電気を運びやすい場合、それは導体と呼ばれます。 そうでない場合は絶縁体です。 ほとんどの金属は非常に優れた導体であり、特に銅は非常に優れているため、電線によく使用されます。 (銀はさらに優れていますが、はるかに高価です。) ガラス、プラスチック、木材は優れた断熱材です。 導電率はスペクトルであるため、「かなり良い」や「非常に良い」などの用語を使用しています。 銅は電荷を完全に伝達するわけではありません。 ある程度の抵抗があり、途中での電気損失が発生しますが、ほとんどの材料よりもはるかに少ないだけです。

スペクトルの最端には超電導体があり、文字通り抵抗がゼロで、完全な導電率を示します。 そのような物質が存在するということ自体、ある意味突飛です。 通常の導体は、冷却すると導電性が高くなり、加熱すると導電性が低くなりますが、変化は継続的です。 対照的に、超伝導体には、材料が突然超伝導体になる「転移温度」と呼ばれる厳しいしきい値があります。 さらに、ほとんどの超伝導体が機能する理由の背後にある理論 (「BCS 理論」、理論の背後にある物理学者の姓の頭文字) は、驚くほどシンプルかつエレガントです。

「これは凝縮物質に関して得られる理論の中で最も優れた理論の一つです」とローマのサピエンツァ大学の物理学教授で超伝導研究の第一人者であるリリア・ボエリ氏は私に語った。 「それはちょっとした魔法のようなものです。 それは美しく機能します。」

物理学者は 1911 年以来、超伝導体が存在することを知っており、MRI 装置などの多くの既存技術は超伝導体なしでは不可能です。 しかし、常に落とし穴がありました。 現在までに知られている超電導体は、極度に低温であるか (鉛、華氏マイナス 447 度の超電導体など)、または極度の高圧でのみ形成される材料で作られているものだけです。 (かなり高い。非常に物議を醸している最近の論文では、大気圧の 10,000 倍、つまり太平洋底の圧力の約 10 倍で材料が形成されることが示唆されており、懐疑論者は超伝導体を作るにはこの圧力が疑わしいほど低いと考えている)。 物体を超低温にしたり、それに大量の圧力を加えたりするには、かなりのエネルギーが必要であり、その結果、超伝導体から得られる利点の一部が損なわれてしまいます。