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超导丑闻:一个冉冉升起的新星物理实验室的欺骗内幕

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室温超导体多半不是真的。

图片来源@视觉中国

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文 | 经典SCI解读

据《Nature》杂志3月8日报道,其新闻团队的一项调查揭示了“朗加·迪亚斯声称发现了第一个室温超导体,但这项工作后来被撤回”事情的新细节。

2020年,兰加·迪亚斯(Ranga Dias)是物理界一颗冉冉升起的新星。迪亚斯是纽约罗彻斯特大学的一名研究人员,他因声称发现了第一个室温超导体而获得了广泛的认可。室温超导体是一种在环境温度下无电阻导电的材料。迪亚斯在《自然》杂志上发表了一篇具有里程碑意义的论文。

将近两年后,那篇论文被撤回。但不久之后,迪亚斯宣布了一个更大的结果,同样发表在《自然》杂志上:另一种室温超导体。与之前的材料不同,最新的材料据称在相对温和的压力下工作,提高了应用的诱人可能性,如用于医学成像的超导磁体和强大的计算机芯片。

大多数超导体在极低的温度下工作,低于77开尔文(- 196°C)。因此,在室温(约293 K,或20°C)下实现超导性将是一个“非凡的现象”,马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学的凝聚态物质研究员彼得·阿米蒂奇(Peter Armitage)说。

但迪亚斯现在因围绕他作品的丑闻而声名狼藉。《自然》杂志随后撤回了他的第二篇论文,许多其他研究小组也曾试图复制迪亚斯的超导结果,但都以失败告终。一些研究人员表示,这种崩溃已经造成了严重的伤害。艾姆斯爱荷华州立大学的物理学家Paul Canfield说,这一丑闻“损害了年轻科学家的职业生涯-无论是在这个领域,还是想进入这个领域”。

《华尔街日报》、《科学》和《自然》的新闻团队此前曾报道过迪亚斯操纵数据、剽窃论文的大量内容,并试图通过编造数据阻碍对另一篇论文的调查。

01 零电阻

迪亚斯于2017年来到罗切斯特大学,刚从马萨诸塞州剑桥市的哈佛大学获得博士后奖学金,在那里他在物理学家艾萨克·西尔维拉(Isaac Silvera)手下工作。“他不仅是一个非常有才华的科学家,而且是一个诚实的人,”西尔维拉告诉《自然》杂志的新闻团队。

在罗彻斯特定居后,迪亚斯开始研究高温超导。三年前,当德国的研究人员在203 K(- 70°C)和极高的压力下发现一种化学式为H3S的硫化氢形式的超导性时,该领域就已经通电了。这比以往任何超导体所达到的温度都要高得多,这给研究人员带来了室温超导即将到来的希望。

迪亚斯提出,在H3S中加入碳可能会在更高的温度下产生超导性。

他以前的研究生说,他们合成了碳、硫和氢(CSH)的样品,但没有测量显示超导性的电阻或磁化率。当超导材料冷却超过临界温度时,它的电阻急剧下降到零,材料的磁性也会出现类似的急剧变化,这被称为迈斯纳效应。学生们说,他们在CSH中没有观察到这些超导性的关键迹象。

因此,学生们说,当迪亚斯在2020年7月21日发给他们一份手稿,宣布在CSH中发现了室温超导性时,他们感到震惊。新闻团队看到的电子邮件显示,学生们几乎没有时间审查手稿:迪亚斯在下午5点13分发出了一份草稿。并于晚上8点26分将论文提交给了《自然》杂志。

他们说,当学生们向迪亚斯询问这些令人震惊的新数据时,迪亚斯告诉他们,在来罗切斯特之前,他已经收集了所有的电阻和磁化率数据。新闻团队获得的电子邮件显示,迪亚斯自2014年以来一直在发表类似的言论。在电子邮件中,迪亚斯说,他已经观察到一种温度高于120 K的硫基超导体——这是相对较高的,但离室温很远。学生们回忆说,他们对迪亚斯的解释感到奇怪,但当时并没有怀疑他有不当行为。他们说,作为相对缺乏经验的研究生,他们信任自己的导师。

然而,在同行评议中,迪亚斯关于CSH的说法遇到了更多阻力。《自然》的新闻团队获得了三位审稿人的报告。其中两名裁判对缺乏关于CSH化学结构的信息表示关切。经过三轮评审,只有一位审稿人支持发表。

新闻小组向五位超导专家展示了这些报告。他们分享了审稿人的一些担忧,但他们说,考虑到一名审稿人给出的非常积极的报告,以及当时已知的情况,《自然》杂志的编辑接受这篇论文并非不合理。

该论文于2020年10月14日发表,以大肆宣传。迪亚斯和他的合作者,内华达大学拉斯维加斯分校(UNLV)的物理学家Ashkan Salamat,也宣布了他们的新事业:一家材料公司,这是一家位于罗切斯特的公司,旨在开发在环境温度和压力下工作的超导体。

当时,学生们说,他们相信迪亚斯对电阻和磁化率数据来源的解释。然而,现在他们不再相信这个结果,也不再相信迪亚斯对数据的解释。一名学生表示:“我认为没有收集到任何其他数据。”

02 问题出现

CSH论文发表后不久,加州大学圣地亚哥分校的凝聚态物质理论家豪尔赫·赫希(Jorge Hirsch)开始向迪亚斯施压,要求他公布论文中未包含的原始磁化率数据。一年多以后,迪亚斯和萨拉马特终于公开了原始数据。

2022年1月,Hirsch和瑞士日内瓦大学退休教授Dirk van der Marel在预印服务器arXiv4上发布了对原始数据的分析。他们报告说,数据点以可疑的规则间隔分开—每个恰好是0.16555纳伏的倍数。Hirsch和van der Marel表示,这一特征是数据被操纵的证据。

Dias和Salamat在arXiv的预印本中回应说,电压间隔只是背景减法的结果(预印本随后被arXiv管理员撤回)。在高压实验中,样品的超导性信号—电压下降—可能被背景噪声淹没。研究人员有时会减去这个背景,但CSH的论文并没有提到这项技术。

有关数据的问题促使《自然》杂志团队进一步研究。为了回应Hirsch和van der Marel的担忧,《自然》杂志的编辑们邀请了四位新的审稿人参与CSH论文的发表后评审,与大多数同行评审一样,这是保密的。

现在,《自然》的新闻团队已经获得了报告,报告显示,两位匿名裁判没有发现不当行为的证据。但是另外两名审稿人(新闻小组可以确认他们是纽约伊萨卡康奈尔大学的物理学家Brad Ramshaw和盖恩斯维尔佛罗里达大学的James Hamlin)发现了这篇论文的严重问题。

特别值得一提的是,哈姆林发现的证据使他得出原始数据被篡改的结论。《自然》杂志在2022年2月15日对CSH的论文进行了编者按,提醒读者对数据的担忧。

2022年3月4日,迪亚斯和萨拉马特向裁判发出了反驳,否认数据被操纵。但是,新闻小组看到的反驳并没有为哈姆林和拉姆肖在原始磁化率数据中发现的问题提供解释。Ramshaw在3月13日给《自然》杂志手稿团队的一封电子邮件中回应了这一反驳,他写道:“我不知道有什么合理的方法可以做到这一点。”“最简单的结论是,这些数据集都是手工生成的,而不是实际测量的。”

2022年3月27日,哈姆林向《自然》杂志团队发送了他对反驳的回应,反驳提出了对奇怪数据的解释:迪亚斯不是从原始数据中得出已发表的数据,而是在已发表的数据中添加了噪声,以生成一组“原始”数据。

为了评估数据造假的证据,《自然》杂志的新闻团队上个月请了两位超导专家来审查发表后的报告。他们表示,哈姆林的分析为不当行为的指控提供了证据。

2022年7月,通过不同的分析,van der Marel和Hirsch独立得出了相同的结论,并将他们的发现发布在arXiv上,作为对原始预印本的更新。在其中,他们声明原始数据必须是从已发布的数据构建而来的。

鉴于这些担忧,《自然》杂志启动了撤回CSH论文的程序。8月11日,《自然》杂志的编辑给所有的共同作者发了一封电子邮件,询问他们是否同意撤稿。与新闻团队交谈的学生表示,他们对此感到惊讶,因为迪亚斯一直将他们排除在出版后审查过程之外。他们仍然不知道裁判的任何发现,包括有伪造数据的证据。

《自然》杂志于2022年9月26日撤回了CSH的论文,并发布了一份通知,称“问题破坏了对已发表的磁化率数据的整体信心,因此我们撤回了这篇论文”。《自然》应用与物理科学主编Karl Ziemelis说,当编辑们对这篇论文失去信心时,该杂志的调查就停止了,这“确实使其他技术问题没有得到解决”。

这次撤稿并没有说明哈姆林和拉姆肖在《自然》鼓动下的发表后审查过程中发现的:原始数据可能是捏造的。柏林洪堡大学的撤稿专家Felicitas Heβelmann说,不当行为很难证明,所以期刊通常避免将责任归咎于撤稿的作者。她说:“很多撤稿都使用了非常模糊的语言。”

在公开场合,迪亚斯继续坚持CSH是合法的,撤回只是由于一个模糊的技术分歧。

当《自然》杂志的编辑们正在调查CSH的论文时,罗切斯特大学对迪亚斯的工作进行了两次调查;在撤稿之后,又进行了一次单独的调查。该大学的一项调查是对一份匿名报告的回应,该报告包括一些证据,表明《自然》杂志发表后审查期间出现的数据可能是伪造的。

03 新的声明

到2022年初《自然》杂志编辑审查CSH论文时,迪亚斯的研究生开始感到担忧。2021年夏天,迪亚斯让他们研究一种镥和氢的化合物(LuH),他认为这种化合物可能是一种高温超导体。

他们开始测试从商业上购买的LuH样品,不久之后,一名学生在300 K(27°C)左右的温度下测量到电阻降至零。几名学生告诉《自然》杂志,迪亚斯认为这种材料是一种室温超导体,尽管证据非常少。“Ranga被说服了,”一名学生说。

但是测量结果受到系统误差的困扰,学生们说他们和迪亚斯都有同样的问题。一名学生说:“我非常、非常担心接触样品的一个探针坏了。”“我们可以测量一些看起来像超导液滴的东西,但这是在欺骗自己。”他们告诉《自然》杂志的新闻团队,尽管学生们确实看到了其他一些样本的抵抗力下降,但样本之间没有一致性,甚至对单个样本的重复测量也没有一致性。

学生们还担心其他测量的准确性。在对样品进行元素分析时,他们检测到微量的氮。迪亚斯得出的结论是,样品中含有这种元素—而最终的论文指的是氮掺杂的氢化镥。但是,在论文提交后进行的进一步分析表明,氮没有被纳入LuH。“Ranga无视我的话,”一名学生说。

由于CSH的论文没有征求他们的意见,学生们说,他们希望确保在撰写LuH论文的过程中包括他们。据学生们说,迪亚斯最初同意让他们参与进来。“然后,有一天,他给我们发了一封电子邮件,说,‘这是文章,我要提交它,’”一个学生说。

《自然》新闻团队看到的电子邮件证实了这一时间轴。迪亚斯于2022年4月25日凌晨2点09分通过电子邮件发送了LuH论文的初稿。迪亚斯写道:“请在上午10点30分之前把你的评论发给我。”“我今天就提交。”他们收到的手稿没有任何数字,因此很难评估。学生们说服迪亚斯等到第二天再提交,这样他们就可以当面讨论了。

04 论文的问题

在《自然》杂志于2023年3月发表了LuH的论文后,许多科学家对该杂志的决定持批评态度,因为有关CSH论文被撤回的不端行为的传言不绝于声。他们想知道大自然是根据什么决定接受它的。(在这两篇论文中,同行评议报告和审稿人的身份都没有被披露。)《自然》的新闻团队获得了这些评论,并首次披露了LuH论文在审查过程中发生的事情。《自然》的编辑们在2022年4月收到了手稿(大约在《自然》收到CSH的发表后评审报告一个月后),并将其发送给了四位审稿人。

 所有四名审稿人都认为,如果这些发现是真的,那将是非常重要的。但他们强调,在接受手稿时要谨慎,因为这些说法的性质非同寻常。4号审稿人写道,《自然》杂志应该谨慎对待这种不寻常的声明,以避免再次发生“Schön事件”。

该事件指的是德国物理学家扬·亨德里克(Jan Hendrik) Schön大量伪造数据的事件,这已经成为物理学界的一个警世故事,导致数十篇论文被撤回,其中7篇发表在《自然》杂志上。

2号和3号审稿人也对结果表示关切,因为CSH的论文当时有编辑的关切说明,但尚未撤回。审稿人提出了大量的问题,从缺乏合成过程的细节到数据中无法解释的特征。

当被问及《自然》杂志在被警告迪亚斯的LuH论文可能存在不当行为后,为什么会考虑迪亚斯的论文时,《自然》杂志的主编Magdalena Skipper说:“我们的编辑政策是考虑每一份投稿。”Skipper解释说,其基本原理是,决策应该基于科学质量,而不是作者是谁。

许多其他期刊也有类似的政策,出版伦理委员会(Committee on Publication Ethics)的指导方针指出,同行评议人不应该“让他们的评议受到手稿来源的影响”。但并不是所有的期刊都说他们独立对待投稿。Van der Marel是《物理C》杂志的主编,他说,如果他在评估同一作者的新论文,他会考虑过去对不当行为的指控。他说:“如果你有充分的理由怀疑作者的可信度,你没有义务发表文章。”

05 回到学校

在夏天,迪亚斯开始面临其他问题。他在《物理评论快报》(Physical Review letters)上发表的一篇与室温超导无关的论文在该杂志发现了令人信服的数据造假证据后被撤回。大约在同一时间,迪亚斯被剥夺了他的学生,罗切斯特大学发起了第四次调查—这一次,学生们说他们接受了采访。

8月下旬,学生们决定要求撤回LuH的论文,并整理了他们对数据和迪亚斯行为的担忧。在他们给《自然》杂志写信之前,迪亚斯显然听到了风声,给学生们发了一封勒令停止通知,新闻团队已经看到了这封信。但是,在咨询了给他们开了绿灯的大学官员后,学生们给《自然》杂志的编辑们写了一封信,加快了撤稿的进程。包括Salamat在内的11位作者中的8位签署了这封信,两个月后的11月7日,LuH的论文被撤回。

据多位熟悉该公司的消息人士透露,Salamat于2023年离开材料公司,目前正在接受拉斯维加斯大学的调查。他没有回应多次置评请求,拉斯维加斯大学的一位发言人拒绝就人事问题公开发表评论。

这一丑闻也对《自然》杂志团队产生了影响。Ziemelis说:“这是一个非常令人沮丧的情况,我们理解这在社区中激起的强烈情绪。”“我们正在仔细研究此案,看看能为未来吸取什么教训。”

随着大学的调查现在已经完成,迪亚斯留在罗切斯特,而处理“人事行为”的单独程序正在进行中。据多个消息来源称,他没有学生,没有教任何课程,也无法进入他的实验室。迪亚斯享有盛名的国家科学基金会资助—到2026年还剩333283美元—如果国家科学基金会找到终止它的理由,它也可能处于危险之中。

迪亚斯没有再发表任何关于LuH的论文,但在X(以前的Twitter)上,他偶尔会发布有关这些材料的更新。在1月19日的一条推文中,迪亚斯分享了一张数据图像,他说这张图像显示了迈斯纳效应——“超导的确凿证据!”

本文系作者 经典SCI解读 授权钛媒体发表,并经钛媒体编辑,转载请注明出处、作者和本文链接
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