Erstes Video einer vollständigen Schwebung von LK-99 (Flux-Pinning)

 (twitter.com/andercot)
1 Punkte von GN⁺ 2023-08-06 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Ein auf der chinesischen Video-Sharing-Plattform BiliBili veröffentlichtes Video behauptet, die vollständige Schwebung (Flux-Pinning) einer hochrein synthetisierten LK-99-Probe zu zeigen
  • Das Schweben supraleitender Materialien ist ein Phänomen, das nur bei Typ-II-Supraleitern auftritt: Magnetfeldlinien durchdringen das Material, werden dort „eingefangen“ und liefern die für die Schwebung nötige Kraft
  • Flux-Pinning ist vollständig vom Meissner-Effekt zu unterscheiden und ist weder eine Eigenschaft von Diamagneten noch des Diamagnetismus
  • Der in „Pinning Centers“ eingefangene magnetische Fluss ist in Form von magnetischen Wirbeln (magnetic vortices) quantisiert; diese Quantisierung ist ein zentrales Unterscheidungsmerkmal von Typ-II-Supraleitern
  • Das erste Video, das angeblich Flux-Pinning-Schwebung zeigt; falls es stimmt, wäre es eine äußerst einzigartige und bahnbrechende Entdeckung zu den Eigenschaften des neuen Materials

Video zur Flux-Pinning-Schwebung von LK-99

  • Ein auf der chinesischen Video-Sharing-Plattform BiliBili veröffentlichtes Video behauptet, eine hochrein synthetisierte Probe von LK-99 zu zeigen
  • Es sei das erste Video, das Flux-Pinning-Schwebung zeigen soll; falls zutreffend, wäre dies im Hinblick auf die Eigenschaften des neuen Materials und das Potenzial für künftige Forschung eine äußerst einzigartige und vielversprechende Entdeckung
  • Falls es echt ist, wäre es wirklich bahnbrechend (ground-breaking)

Prinzip der Schwebung supraleitender Materialien

  • Das Schweben supraleitender Materialien ist ein einzigartiges Phänomen, das nur bei Typ-II-Supraleitern auftritt: Wenn Magnetfeldlinien das Material durchdringen, werden sie „eingefangen (trapped)“ und liefern die für die Schwebung nötige Kraft
  • Dazu gehören die beliebten Bilder und Videos, die man häufig online und in angehefteten Profilbeiträgen sieht: eine auf kryogene Temperaturen gekühlte Scheibe, die über einem Magneten schwebt

  • Analogie mit Haaren und Kaugummi

    • Die Analogie: Kaugummi klebt stark an Haaren und hängt in der Luft — die Haare entsprechen den Magnetfeldlinien, der Kaugummi dem Typ-II-Supraleiter
    • So wie Haare in einzelne Strähnen „quantisiert“ bzw. „diskret“ sind, ist auch der in „Pinning Centers“ eingefangene magnetische Fluss in Form von magnetischen Wirbeln (magnetic vortices) quantisiert
    • Die Quantisierung fixierter Flusslinien ist ein zentrales und unterscheidendes Merkmal von Typ-II-Supraleitern (technisch kann sie allerdings auch bei Typ-I auftreten, wenn die Materialdicke kleiner ist als die London-Eindringtiefe)

Unterscheidung zwischen Flux-Pinning und Meissner-Effekt

  • Flux-Pinning ist ein Phänomen, das ausschließlich Supraleitern eigen ist, und vom Meissner-Effekt vollständig getrennt
  • Es ist keine Eigenschaft von Diamagneten oder des Diamagnetismus (diamagnetism)
  • Es wird auch als „Quantum Locking“ bezeichnet; enthalten ist eine Abbildung, die den Unterschied zum Meissner-Effekt zeigt

Forschung zu Flux-Pinning in SRF-Kavitäten

  • Beitrag bei TRIUMFLab zur Erforschung von Flux-Pinning in supraleitenden Hochfrequenz-Kavitäten (SRF) aus Niobiumkristallen, die in der Teilchenbeschleunigung eingesetzt werden
  • Eingefangener magnetischer Fluss erhöht den residualen Oberflächenwiderstand der Kavität und senkt damit den Gütefaktor (Q-factor) — der Q-factor ist ein Maß für die Effizienz eines Resonators
  • SRF-Kavitäten haben typischerweise einen Q-factor im Bereich von 10E10; in Pinning Centers eingefangener magnetischer Fluss verringert das maximal wirksame beschleunigende elektrische Feld, das geladene Teilchenpakete nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt

  • Ursachen von Flux-Pinning

    • Es wird vermutet, dass es bei manchen Typ-II-Supraleitern durch kleine Defekte im Kristall (volume defects, Volumendefekte) entsteht, die das Eindringen von magnetischem Fluss ermöglichen
    • In SRF-Kavitäten können Magnetfelder, die das Material durchdringen — etwa das Erdmagnetfeld im Hintergrund — beim supraleitenden Übergang im Inneren der Kavität eingefangen werden
    • Enthalten ist ein Forschungsdiagramm, das zeigt, dass mit stärkerem Hintergrundmagnetfeld beim supraleitenden Übergang der Oberflächenwiderstand einer SRF-Kavität zunimmt (X-Achse: von links nach rechts hohe zu niedrige Temperatur; Y-Achse: Oberflächenwiderstand in Nanoohm)

Alternative Deutungen und Stabilität der Schwebung

  • Die Anordnung der unteren Magnete bildet ein Dipol-Magnetfeld (dipole field), ähnlich einem Stabmagneten
  • Wenn das obere Material lediglich ein Diamagnet wäre, wäre es physikalisch unmöglich, dass es beim Anstoßen mit einem Stab stabil schwebt
  • Auch in Videos, in denen traditionellere supraleitende Proben gekühlt werden, zeigt sich bei leichter Störung dasselbe Wackeln

  • Gegenargument durch die Brauenbeck-Erweiterung

    • Als andere Deutung wird auch die Möglichkeit genannt, dass ein Diamagnet im Dipol-Magnetfeld eines Magneten hängt
    • Möglich wäre dies durch die Brauenbeck-Erweiterung, ein Gegenargument zum Earnshaw-Theorem

Bedeutung von Hochtemperatur-Supraleitern

  • Alle Unternehmen bauen ihre Produkte auf derselben begrenzten Menge grundlegender Technologien auf; alle paar Jahrzehnte bringt die Physik etwas grundlegend Neues hervor, das verändert, was physikalisch möglich ist
  • Hochtemperatur-Supraleiter kommen, und sie werden alles verändern

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2023-08-06
Meinungen auf Hacker News

  • Wenn es keine digitale Manipulation ist, kann ich mir schwer vorstellen, wie man das fälschen könnte; und wenn es sich um einen bekannten Hochtemperatur-Supraleiter mit hoher kritischer Temperatur handelte, würde er sich viel zu schnell erwärmen, daher scheint auch diese Möglichkeit eher unwahrscheinlich.
    Wenn es also keine Ente ist, beginne ich zu glauben, dass es echt sein könnte. Die Autoren sind auch nicht alle unbekannt, und Hyun Tak Kim hat laut Google Scholar etwa 10.000 Zitationen; außerdem hat er den Scientific-Reports-Artikel geschrieben, der L&K dazu brachte, sich für eine Zusammenarbeit zu interessieren. Er wirkt wie jemand, der etwas von Supraleitung versteht, daher bin ich ziemlich optimistisch.

    • Laut diesem Video https://twitter.com/xmal/status/1300754522218913799 kann man eine stabile Levitation erreichen, wenn man eine Kupferplatte unter den Magneten legt.
      Im Originalvideo sind zwei Metallobjekte übereinandergestapelt; könnte unten nicht Kupfer enthalten sein?
    • Die Aussage „Wenn es keine digitale Manipulation ist, ist es schwer zu fälschen“ bedeutet letztlich auch, dass einem durchaus leicht einfällt, wie man es fälschen könnte.
    • Hyun Tak Kim scheint erst spät zu dem Projekt gestoßen zu sein und wirkt vor allem so, als habe er den drei anonymen ursprünglichen Autoren außerhalb des englischsprachigen Raums seinen Ruf geliehen.
    • Das Stück selbst könnte ein Magnet sein, und im unteren Block könnte ein bereits bekannter, mit flüssigem Stickstoff gekühlter Typ-II-Supraleiter stecken.
    • Ernsthaft gesagt: Für mich sieht es aus wie ein Stück Graphit, das an einem unsichtbaren Faden befestigt ist.
      Die Art, wie sich das Objekt bewegt, entspricht nicht dem, was man bei Magnetismus erwarten würde; die Stelle bei etwa 10 Sekunden ist dafür ein besonders gutes Beispiel.
    1. Dieses Video stammt ursprünglich von einem anonymen Douyin-Account. Es gibt keine Bestätigung, dass es mit tatsächlichen Replikationsversuchen verbunden ist, weder aus der traditionellen Wissenschaft noch aus Citizen Science.
      Auf dem Kanal gab es zuvor auch ein für LK-99 typisches Video mit teilweiser Levitation, aber auch dafür gibt es keinen besonderen Beleg, dass es sich nicht einfach um ein Stück pyrolytischen Graphit handelt. Es wird behauptet, es gebe eine Verbindung zu einer bestimmten Person, aber ohne Beweise; und wenn es eine Fälschung ist, steht kein Ruf auf dem Spiel.
    2. Die Dynamik im Video sieht ziemlich überzeugend nach Flux Pinning aus, aber die Artefakte rund um das angebliche LK-99-Stück beim Hochspringen sind sehr verdächtig. Es sieht aus, als sei es an einem straff gespannten horizontalen Faden aufgehängt worden, der anschließend entfernt wurde, wobei in bestimmten Momenten der Bereich sehr nahe am Stück beim Rotoscoping nicht richtig überdeckt wurde. Natürlich könnten es Kompressionsartefakte sein, aber ich habe solche Formen noch nicht gesehen; außerdem sehen wir vermutlich eine erneut abgefilmte bzw. neu gecapturte Version des Videos, und ich bin mit den Kompressionseigenschaften von Douyin oder Bilibili nicht vertraut.
      Gegenüber genau diesem Video bin ich ziemlich skeptisch. LK-99 selbst halte ich zum jetzigen Zeitpunkt eher für möglich, aber ich halte es ebenfalls für wahrscheinlicher, dass dieses Video nicht echt ist.
      Wenn LK-99 bekannter wird und VFX-Editoren sich daran gewöhnen, wie echte Videos aussehen sollten, ist die Wahrscheinlichkeit sehr groß, dass überzeugende Fake-Videos entstehen und viral gehen. Typischerweise erstellt ein VFX-Artist so etwas zum Üben, zeigt es ohne böse Absicht ein paar Leuten, und nachdem andere es ein paar Mal repostet haben, verbreitet es sich an ein großes Publikum, bei dem die Herkunft nicht mehr nachvollziehbar ist. Natürlich könnten auch Betrüger oder Influencer mit VFX-Kenntnissen selbst manipulieren.
      Man sollte Videos mit etwas Vorsicht betrachten. Wünschenswert wären Bedingungen wie: Die Kamera ist nicht fixiert, sondern bewegt sich um die Probe herum; die Beleuchtung ändert sich während des Videos; das Stück selbst bewegt sich; man sieht den Aufbau oder später das Aufräumen; und in der Nähe des Objekts bewegen sich andere Dinge, um die Möglichkeit von Fäden unwahrscheinlicher zu machen.
    • Die Schlussfolgerungen sind alle stimmig. Aus Sicht von Ockhams Rasiermesser würde ich es aber für eine Fälschung halten. Es ist zu kurz und der Bildausschnitt ist zu exakt gewählt.
      Ein 20-mal längeres Video aus bewegter Perspektive zu filmen, ohne geistiges Eigentum oder Geheimnisse preiszugeben, ist trivial; ein 20-mal längeres manipuliertes VFX-Video zu erstellen, ist dagegen viel schwieriger.
    • Ich habe es in der höchsten Qualität angesehen, und die Artefakte hier sind wirklich seltsam. Um die Apparatur herum gibt es sie überhaupt nicht, nur an dem Stein, der angeblich schwebt.
      Die anderen Videos desselben Nutzers sehen qualitativ ziemlich gut aus, daher überzeugt mich die Erklärung mit Kompression nicht wirklich. Auch der Kontext ist merkwürdig. Andere Videos desselben Nutzers zeigten etwas, das niemand ernsthaft für einen echten Meißner-Effekt halten würde; es war bloß ein winziger Magnet auf Papier. War dieses Video ein erneuter Versuch?
    • Ich verstehe nicht, warum man beim Filmen eines winzigen Objekts ausgerechnet nur ein Weitwinkelobjektiv verwendet. Wenn es eine erstaunliche Entdeckung wäre, hätte man doch nah herangezoomt.
      So nimmt das interessante Objekt nur ein paar Pixel ein und ist leicht am Computer zu erzeugen. Jedes Video, das ich bisher gesehen habe, hatte solche logischen Schwachstellen.
    • Diese kleinen „Artefakte“ sehen für mich wie kleinere Partikelstücke aus, die an dem größeren Stück haften.

  • Nitter: https://nitter.net/Andercot/status/1687740396691185664

    • Hier gibt es einen alternativen Videolink, aber er ist auf Chinesisch, daher weiß ich nicht, ob dort zusätzliche Informationen zur Quelle stehen: https://news.ycombinator.com/item?id=37010498
    • Off topic, aber ich frage mich, warum man „enable this playback“ anklicken und die Seite neu laden muss, um den Clip anzusehen. Was macht das eigentlich?

  • Im lk99-Subreddit wurde ein Video in höherer Auflösung gepostet: https://www.douyin.com/video/7263715495256378659

  • Jemand auf Manifold Market hat das hier verlinkt: https://imgur.io/a/AY1oaIO
    Für mich sieht es auch etwas seltsam aus, aber ich bin nicht genug Experte, um beurteilen zu können, ob sich das durch optische Effekte oder Kompressionseffekte erklären lässt.

    • Sieht anders aus als jedes Kompressionsartefakt, das ich je gesehen habe. Zwei erstaunliche Entdeckungen in einem Video! Falls es stimmt, wäre das gewaltig.

  • Ist das im Grunde tatsächlich ein Beleg für Supraleitung bei Raumtemperatur? Natürlich unter der Annahme, dass es kein Betrug ist

    • Wenn man annimmt, dass im Video alles echt ist, bleibt als einzige Frage, welche tatsächliche Temperatur die Probe hat.
      Wenn das alles bestätigt wird, beginnt eine neue Ära
    • Ein Nachweis der Supraleitung ist es noch nicht. Es braucht auch Messungen des elektrischen Widerstands in Abhängigkeit von der Temperatur.
      Derzeit sollte man LK-99 als Material betrachten, das bei Raumtemperatur einige supraleitende Eigenschaften zeigt
    • Verwenden wir für jedes Puzzleteil das Wort Beleg, nicht „Nachweis“
    • Nach aktuellem Verständnis hätte schon das frühere Video, das unabhängig von der Ausrichtung Levitation zeigte, ausgereicht, um Supraleitung statt Diamagnetismus nahezulegen.
      Wenn das kein Betrug ist, waren im Grunde schon im ersten Video und im Paper die nötigen Elemente vorhanden, weil von Levitation und einem Bereich mit Nullwiderstand die Rede war.
      Die allgemein akzeptierte Vorgehensweise ist allerdings, dass andere Labore es reproduzieren und das Paper das Peer Review besteht. Ein paar Videos allein reichen nicht aus
    • Das ist Betrug, und es ist traurig zu sehen, wie leicht Leute wie Sabine Hossenfelder darauf hereinfallen.
      Das Video wurde in einer Küche oder einem Wohnzimmer aufgenommen, stammt von einem zufälligen TikTok-Account, hat keine Qualifikationsnachweise und keine Erklärung und ist mit „mysterious“ getaggt. Nachdem es bereits so viele Fälschungen gab, ist schwer zu verstehen, wer das glaubt

  • Könnte Fluss-Pinning theoretisch auch ohne echte Supraleitung auftreten? Wenn ich es richtig verstanden habe, scheint LK-99 ziemlich viele Eigenschaften voneinander zu trennen, von denen wir dachten, sie seien gekoppelt

    • Es könnte ein völlig neues, bisher nicht beobachtetes Phänomen sein, aber das wirkt eher unwahrscheinlich.
      Vieles ließe sich wohl erklären, wenn es viele sehr kleine Supraleiter-Fragmente gibt, die durch einen normalen Leiter voneinander getrennt sind
    • Dafür bräuchte es neue Physik. Die meisten seltsam wirkenden Aspekte dürften wahrscheinlich aus einem von drei Fällen stammen: (1) Verunreinigungen der Probe, (2) ein Extremfall, bei dem ein winziger aktiver Anteil in einem großen inaktiven Klumpen oder in einem Material mit eigenen elektromagnetischen Eigenschaften steckt, oder (3) die Einschätzung, dass es überhaupt ein Supraleiter ist, ist von Anfang an falsch

  • Im Beitrag steht nur, dass das Video von BiliBili stammt. Weiß jemand die tatsächliche Quelle? Ich würde es gern glauben, aber dieses Video wirkt verdächtig

  • Ich habe eine etwas ungewöhnliche Frage an die Bauelementephysiker hier.
    Natürlich muss es erst verifiziert werden, aber nehmen wir einmal an, dieses Material ist ein Supraleiter ohne Cooper-Paare.
    Könnte man mit diesem Material trotzdem Josephson-Kontakte und SQUIDs bauen?
    Wenn die Antwort „ja“ lautet, würden sich magnetotellurische Geophysiker riesig freuen

    • Kannst du erklären, wofür SQUIDs und Josephson-Kontakte bei Raumtemperatur in der magnetotellurischen Geophysik verwendet würden?

  • Ist dieses Material berührungssicher?
    Ich habe das Gefühl, dass es bald überall auf eBay und AliExpress auftauchen wird

    • Hoffentlich ist es sicher. Zusammen mit kleinen Kugelmagneten wäre es das perfekte Spielzeug für kleine Kinder
    • Es enthält Blei
    • Wenn eine Patentanmeldung läuft, wäre es dann legal, das zu verkaufen? Ich bestreite nicht, dass es sowieso nicht auftauchen wird; ich bin nur neugierig