Süper bir bilimsel drama: Süperiletkenlik

Dr. Mustafa Gündoğan - @mustgundogan

Son haftalarda bilim ve teknoloji dünyasının gündemine oturan süperiletken haberlerini görmüşsünüzdür: Güney Kore’den bir grup bilim insanı, geliştirdikleri bir malzemenin elektriği, oda sıcaklığında sıfır dirençle iletebildiğini iddia etti. Bu iddialarını da biraz aceleye getirildiği belli olan, henüz hakem sürecinden geçmemiş iki makale ve bir mıknatısın üzerinde hafif havalanır gibi görünen bir malzemenin videosu ile duyurdular. Sosyal medyayı kasıp kavuran bu iddialar üzerine, dünyanın farklı yerlerinden araştırma grupları bu sonuçları tekrarlamaya çalıştı; bazı çalışmaların bilgileri Twitter üzerinden dakika dakika paylaşılırken, bazıları Twitch üzerinden canlı yayınlandı. Peki; astrofizik, kuantum fiziği ya da parçacık fiziğine göre pek bir popülaritesi olmayan katı hal fiziğinin bir anda böylesi bir manyaklığa kapı açmasına sebep olan neydi? 

Basit bir tabirle; katı hal fiziği, adı üstünde, fiziğin maddenin katı haliyle ilgilenen alt dalıdır denebilir. Elektronik dünyasında devrim yaratan gelişmeler, hep bu alandaki ilerlemelerin eseridir: yarı iletkenler, ışık sensörleri, lazerler... ve tabii ki süperiletkenler!  

Ne zaman keşfedildi 

Peki, nedir süperiletken? Yine adı üstünde, elektrik akımını süper bir şekilde, yani sıfır dirençle ileten malzemedir. Bu da çok önemli teknolojik ve ekonomik sonuçlara gebedir; zira günümüzde santrallerde üretilen elektriğin milyarlarca dolar değere tekabül eden %10’u son kullanıcıya ulaşana dek, dağıtım hatları ve çeşitli dönüştürücüler arasında ısıya dönüşerek kayboluyor. O zaman neden tüm altyapıyı süperiletkenlerle değiştirmiyoruz? Çünkü bilinen hiçbir malzeme oda sıcaklığında ve basıncında bu özellikleri taşımıyor.  

Süperiletkenlik 1911 yılında Hollandalı Kamerlingh Onnes tarafından keşfedildi: Çok düşük sıcaklıklarda cıvanın elektrik direncini ölçen Onnes, -269°C’de (mutlak 0 sıcaklığın 4 derece üstü) direncin birdenbire sıfıra düştüğünü gözlemledi. Sonra diğer metallerin de çok düşük sıcaklıklarda benzer özellikler taşıdığı anlaşıldı. Peki, daha yüksek sıcaklıklar? Teknolojik önemi haricinde çok ilginç bir temel fizik problemi olan konu, birçok araştırmacının ilgisini çekti ve 1980’lerden sonra bazı malzemelerin daha yüksek sıcaklıklarda da bu özelliği gösterdiği keşfedildi. Bu sizi heyecanlandırmasın, zira “yüksek sıcaklık süperiletkenleri” derken -150°C gibi sıcaklıkları kastediyoruz. Peki, oda sıcaklığı? Bir maddeyi soğutmak haricinde, yüksek basınca maruz bırakmanın da süperiletkenliğe sebep olduğu bulundu. Nasıl ki -269, -150 °C gibi sıcaklıkları gündelik hayatta görmüyorsak, süperiletkenliğe kapı açan basınç değerleri de -atmosfer basıncının yaklaşık yüzbin kat fazlası değerler- insan algısının dışındadır (Titanik’e dalarken kendi içine çöken Titan 300 atmosfer basıncına “bile” dayanamadı).  

Konunun potansiyel teknolojik ve ekonomik getirileri; bazı grupları sahtekârlığa, bazılarını ise acelecilikten kaynaklı “dürüst hata”lara itiyor. Daha geçtiğimiz aylarda Nature dergisinde, oda sıcaklığında (fakat Dünya’nın çekirdeğindeki basınca yakın basınçlarda) süperiletkenlik bulduğunu iddia eden bir çalışma geri çekildi. Üç yıl önce yayımlanan makaledeki deney verilerinden şüphelenen araştırmacıların baskısıyla yapılan soruşturmada, veri analizinin düzgün yapılmadığı ve dolayısıyla sonuçların ikna edici olmadığı saptandı. Yakın zamanda aynı grubun başka bir makalesi daha benzer sebeplerle geri çekildi. Makalenin yazarları arasında araştırmayı ticarileştirmek isteyen bir şirketin elemanlarının da olması, sahtekârlık şüphelerini iyice güçlendirdi; zira bu tip büyük iddialarla yatırımcı çekmek epey kolaylaşacaktı.  

Güney Kore iddiaları 

Peki şimdi Güney Kore’den gelen iddialar? Burada durum biraz daha farklı ve doğruysa çok daha ciddiydi. Çünkü, söz konusu malzeme hem oda sıcaklığında hem de normal basınç altında çalışıyordu. Fizikçilerden ziyade “kriptobro” ya da “techbro”lar tarafından sosyal medyada büyük bir özgüvenle şişirilen iddiaların sönmesi de uzun sürmedi. Ardı ardına yapılan çalışmalarda bu malzemenin sadece -160°C’de sıfıra yakın elektriksel direnç gösterdiği, fakat süperiletkenlik için gereken Meissner etkisi gibi diğer kriterleri karşılamadığı ortaya kondu. Teorik çalışmalarda da açık bir süperiletkenlik işaretine rastlanabilmiş değil. 

Konunun uzmanı olmadan bu balonu şişiren sosyal medya hesapları, yazının başında bahsettiğim mıknatıslı havalanma videosundan oldukça etkilenmiş görünüyordu. Fakat bilmedikleri şey, bu tip havalanmalara sadece süperiletkenliğin değil, başka tür mıknatıslanmaların da sebep olabileceğiydi. Mesela, 1997 yılında bir kurbağayı kuvvetli mıknatıslarla uçuran araştırmacılar, bu deneyleri için Ig Nobel Ödülü kazanmıştı (Araştırmanın lideri Andre Geim, 2007 yılında gerçek Nobel Ödülü’nü de kazandı). Tabii kimse “o zaman elektrik hatlarını kurbağa bacaklarıyla değiştirelim!” dememişti.  

Oda sıcaklığı ve basıncında gerçek süperiletkenlik bulunacak mı? Bu hâlâ büyük bir soru. Ama cevap ne olursa olsun; benzer heyecanlanmaları, hayal kırıklıklarını daha çok yaşarız gibi görünüyor.