LK-99 초전도체 혁신일 수도 있고, 단지 새로운 희망일 수도 있습니다
LK-99 could be a breakthrough in superconductors, or simply a new hope.
한국 과학자들이 7월 말 초전도체의 잠재적인 획기성을 보고했을 때, 그들의 주장은 세계 각지의 연구원들이 실험을 복제하려고 서두르면서 흥분과 회의론을 불러일으켰다.
이와 같은 초전도체는 실온과 일반 대기압에서 전기를 손실 없이 전달하는 것으로, 재료 과학의 궁극적인 달성 목표이다. 꿈꾸는 사람들은 우리의 에너지 그리드의 효율을 극대화하고 퓨전 에너지 생산을 고속화시킬 수 있는 실온 초전도체, 양자 초슈퍼컴퓨터의 진행 속도를 가속화하거나 초고속 운송 시대를 열 수 있는 초전송을 희망한다.
하지만 지금은 LK-99 초전도체의 이야기가 실제로 연구실에서 어떤 일이 벌어지고 있는지에 대해 전부로 알려져 있다.
7월 22일에 한국의 물리학자들은 arXiv라는 사전 출판 연구 저장소에 두 개의 논문을 업로드했다. 이는 동료 검토를 거치지 않고 학술 저널에 출판되지 않은 연구의 사전 초고로 업로드하는 것과 같다. 이는 작업의 초안을 업로드하는 것과 같다. 연구자들은 구리로 도핑된 “수정된 납-철회철 구조”를 가진 최초의 실온 초전도체인 LK-99를 제작했다고 주장했다.
연구팀이 제공한 “증거”의 일부는 초전도 재료의 핵심적인 특징인 자석 위에 떠다니는 화합물을 보여주는 동영상이었다.
이러한 대담한 주장은 이 분야의 전문가들에게 거대한 파장을 일으켰다.
“화학물질은 아주 싸고 만들기 어렵지 않다”고 오스트레일리아의 울릉공 대학의 물질과학자인 샤오린 왕은 말했다. “이것이 공동체 내에서 핵폭탄 같은 것인 이유다.”
하지만 한국 연구실에서 무슨 일이 벌어진 것은 기술과 우리 삶에서의 역할에 대한 결과가 실제로 실용적인 의미를 가지는지 알아내기 위한 매우 첫 번째 단계일 뿐이다. 우리는 더 많은 데이터가 필요하며 주의가 필요한 이유가 있다.
초전도체의 작동 원리
실제로 실온 초전도체는 축하할 만한 일이 될 것이다. 우리가 전기를 전달하기 위해 사용하는 현대 재료인 가정에 전기를 공급하는 구리 전선과 같은 것들은 비효율적이다. 전자들이 전선을 따라 어수선하게 이동하면서 물질의 원자들과 부딪혀 열을 발생시키고 에너지를 잃어버린다. 이것은 전기 저항이라고 알려져 있으며, 전력이 가정으로 전달되는 전송선을 통해 최대 10%의 전력이 낭비되는 이유이다. 에너지 손실은 우리의 전자 기기에서도 발생한다.
하지만 만약 전선과 전송선이 초전도체 재료로 만들어진다면, 이러한 손실을 거의 제거할 수 있다. 전자들은 물질을 통해 이동하는 동안 쌍을 이루고 원자들과 그렇게 많이 부딪히지 않으므로 자유롭게 흐를 수 있다.
초전도체 재료는 이미 존재하며, 세계 각국에서 MRI 기계 등 다양한 응용 분야에 사용되고 있다. 그러나 이러한 재료는 극저온(화씨 마이너스 459도 정도로 절대영도에 가까움) 또는 극고압(대기압의 10만 배 이상)이 필요하다.
한편, 일본 중앙 철도는 도쿄와 나고야 사이의 승객을 태우기 위해 초전도자기 부상 철도 시스템을 건설하고 있다. SCMaglev 기차는 초전도자기 시스템이 작동하기 전에 고무 바퀴를 사용하여 약 93마일의 속도로 가속될 수 있다. 최대 속도는 311마일에 달할 것으로 예상된다.
이 과정은 액체 헬륨으로 마이너스 452도 화씨로 냉각된 초전도 니오븀-티타늄 합금을 필요로 한다.
LK-99와 같은 실온 초전도체는 이러한 작업을 훨씬 더 저렴하게 만들고 헬륨을 축적할 필요가 없게 할 것이다. (지난 몇 년간 어떤 언론에서는 헬륨이 곧 고갈될 것이라는 우려가 제기되었지만, 헬륨은 현재로서는 얼마든지 충분히 이용 가능하지만 소수 국가에서 생산되므로 공급에 문제가 생길 경우 가격이 급락할 수 있다는 사실을 알아야 한다.)
LK-99 결과에 대한 회의론
왕과 다른 초전도 전문가들은 원래의 LK-99 실험에 회의적이었으며, 데이터의 불일치를 지적했다. 그는 “더 설득력 있는 실험 데이터가 제공될 때까지 대대적인 주장은 되어서는 안 된다”고 말했다. 오스트레일리아의 울릉공 대학에서 그의 연구팀은 결과를 복제하기 위해 지난 주말에 작업을 시작했으나, 샘플 제작에 문제가 있었다.
Argonne National Laboratory의 물리학자인 마이클 노만은 Science 잡지와의 인터뷰에서 솔직히 이야기했다. 그는 한국 팀이 “진짜 아마추어 같이 보인다”고 말했다.
지금까지 LK 초전도성을 따라가려는 시도는 대부분 실패로 끝났다. 다양한 연구실과 개인들에서 새로운 초전도성 실험의 급증을 모니터링하는 것은 어느 정도 작은 산업이 되었다.
Tweet로 알려진 웹사이트인 X 전체에서 LK-99는 며칠 동안 트렌드였다. LK-99는 공식적으로 Meme 영역으로 이동했으며, “떠다니는 돌”에 대해 모두가 이야기하고 있으며, 많은 사람들이 AI 투자를 홍보하고 갑자기 초전도체 주식을 지원하는 계정의 증가를 알아챘다. 미국 초전도 기업의 주가는 7월 27일 이후로 2배로 상승했다.
ChatGPT 메이커인 OpenAI의 CEO인 Sam Altman도 LK-99에 대해 조롱하며 “2년 이상의 lk-99 경험을 요구하는 채용 담당자로부터 온 이메일을 좋아합니다.”
LK-99에 대한 회의론은 타당합니다. 여러 팀이 여러 해 동안 상온 초전도체를 발견했다고 주장해왔습니다. 이러한 주장 중 대부분은 과학적 검토를 견뎌내지 못했습니다.
예를 들어, 2020년에는 뉴욕 로체스터 대학의 물리학자인 Ranga Dias를 주도로 한 팀이 권위있는 저널인 네이처에 상온 초전도체에 대한 증거를 게재했습니다. 그러나 이 논문의 데이터 처리와 분석 방식에 대한 의문이 제기되어 2022년 9월에 이 논문은 철회되었습니다. 저자들은 원시 데이터가 그들의 주장을 강력하게 지원한다고 주장하지만, 그들의 실험을 재현하는 것은 아직 이루어지지 않았습니다.
LK-99의 다음은 무엇인가요?
그렇다면 LK-99은 여러분에게 어떤 의미를 갖는 걸까요? 지금 이 순간에는 아마도 많은 의미가 없을 것입니다. 그러나 가까운 미래에도 아마도 많은 의미가 없을 것입니다.
LK-99 실험을 재현하는 과정은 아직 초기 단계에 있으며, 상황은 좋지 않아 보입니다. 두 개의 연구 그룹이 7월 31일에 arXiv에 게시한 두 연구에서는 대한민국의 연구를 재현할 수 없었습니다. 중국 연구자들은 매우 작은 샘플에서 이 물질의 일부 초전도 특성을 관찰한 것 같다고 Wang은 언급했습니다.
과학은 일반적으로 느린 과정입니다. 대한민국 팀의 연구를 확인하는 것은 훨씬 더 많은 시간이 걸릴 수 있습니다. 그러나 이미 강한 흥분이 일어나자, 이론적인 연구들은 LK-99의 특성을 설명하기 위해 서두르게 되었습니다.
Lawrence Berkeley National Laboratory의 물리학자인 Sinéad Griffin은 초전산 시뮬레이션을 사용하여 LK-99의 능력에 대한 분석을 제공했습니다. (Griffin의 X 게시물은 Barack Obama가 마이크를 떨어뜨리는 멤과 함께 제공되었습니다.) 이 연구는 사전 인쇄물로써 arXiv에도 게시되었습니다.
Griffin의 연구에 대한 의견을 내린 물리학자들은 마이크 드롭이라는 참조에 회의적이었으며, 초전도에 대한 단단한 증거를 제공하지 않는다고 확신하지 못했습니다. Griffin 자신은 수요일에 X 스레드에서 그녀의 결과를 명확히하며, 이 물질에서 초전도를 증명하거나 증거를 제공하지는 않지만, 고온 초전도체와 공통된 특징을 가진 흥미로운 구조적 및 전자적 특성을 보여준다고 설명했습니다.
LK-99가 신뢰할 수 있는 초전도 물질로 입증된다 하더라도, 과학을 기술로 번역하는 것은 더욱 느린 과정일 수 있습니다. 이 물질을 신뢰성 있게 생산하는 것은 많은 시간이 걸릴 수 있으며, Griffin의 이론적인 연구 역시 이 물질의 합성이 어려울 수 있다는 것을 보여줍니다.
LK-99가 그 마침표가 될 것 같지는 않지만, 그 자체로 흥미로운 물질일 수 있으며, 새롭고 예상치 못한 방법으로 상온 초전도체를 찾을 수 있는 가능성을 열어줄 수 있습니다. 만약 그게 상온 초전도체로 이어진다면, 가능성은 정말로 열릴 것입니다.
Adelaide 대학의 화학공학 학부 강사인 Giuseppe Tettamanzi는 매우 오랜 기간 동안 과학자들이 전력망의 구리 케이블을 초전도 케이블로 대체하는 것에 대해 생각해왔다고 언급하며, 이는 엄청난 에너지 절약을 제공할 수 있는 전환입니다. 그는 양자 컴퓨터와 교통에 대한 이점도 언급했습니다.
“여기서는 한계가 없습니다,” 그는 말했습니다.
과학을 관찰하는 것은 짜릿하며, LK-99에 대한 열정은 적어도 저에게는 X 피드에서 좋은 변화입니다. 그러나 과학은 시간이 걸리며, 잠재적인 초전도 물질의 세계적인 영향에 대한 결론을 급하게 내릴 필요는 없습니다. 그래서 이제 우리는 복제자들이 작업에 착수하기를 기다립니다.
