Cel mai comun element din Univers ar putea fi și cel mai special. Două echipe de cercetători susțin că au descoperit hidrogenul metalic.
Cine și-ar fi imaginat că cel mai uimitor material ar putea genera atât de multă căldură? Din păcate, nu este o căldură folositoare, termală. Cel puțin, încă nu. Se pare că, după mai mult de 90 de ani în căutate soluții, singura variantă avizată este legată de fricțiunea diamantelor la presiuni foarte mari.
Există o competiție între cei care încearcă să descopere hidrogenul metalic, fiind o realizare majoră în producerea hidrogenului metalic. Atât de majoră, încât mai multe echipe susțin că au reușit. Cu toate acestea, rivalii sunt foarte sceptici.
Premiul este atât de mare, încât toți luptă pentru el. Adepții hidrogenului metalic susțin că, această versiune a elementului ar putea revoluționa știința și tehnologia. Acesta ar putea servi drept combustibil pentru rachete, prin conversia sa în molecule de hidrogen, emanând cantități enorme de căldură.
Astronomii au așteptări mari. Nucleele giganților gazoși precum Jupiter sunt compuși din hidrogen metalic. Dacă ar putea fi realizat în laborator, am putea înțelege cum s-au format aceste planete. De asemenea, cea mai spectaculoasă abilitate a hidrogenului metalic ar putea fi conducția la temperatura camerei, fiind evitată pierderea de energie. „Îmi imaginez că toți speră să obțină un premiu Nobel”, spune Helen Maynard-Casely, de la Centrul Australian pentru Împrăștierea Neutronilor.
Totul a început cu hidrogenul, cel mai abundent element din univers. De asemenea, este și cel mai simplu, fiind format dintr-un singur electron, care orbitează în jurul unui proton. Acel singur electron îl plasează pe prima coloană a tabelului periodic, alături de metalele alcaline precum litiu, sodiu și potasiu. Aceste trei elemente se găsesc sub formă solidă, fiind capabile să conducă electricitatea, în timp ce hidrogenul se găsește sub formă de gaz. Pentru transformarea acestuia în stare solidă (structură metalică), trebuie determinați atomii individuali de hidrogen să formeze legături suficient de strânse, astfel încât electronii să devină „îndepărtați”, permițându-le să se miște liberi în jurul materialului și să conducă electricitate.
Eugene Wigner și Hillard Bell Huntington sunt primii oameni care au realizat că această transformare este posibilă, în 1935. Ei au sugerat că tot ce îi trebuie oxigenului, pentru a se comporta precum vecinii săi din tabelul periodic, este presiunea, foarte multă presiune. Presiunea necesară este de 400 GPa, echivalentă cu o presiune de 4 milioane de ori mai mare decât presiunea atmosferică. ,,Obținerea unei presiuni de peste 100 GPa este o provocare. Doar un grup experimentat ar putea să facă asta”, declară Maynard-Casely.
În 1998, o echipă de ingineri de la Universitatea Cornell din New York și de la Universitatea din Maryland au stors mostre de hidrogen în ceea ce este cunoscut drept „nicovale de diamant”. În esență, este vorba despre diamante cu vârfuri foarte ascuțite, cu o dimensiune similară cu diametrul firului de păr, fiind capabile să capteze hidrogen între spațiile dintre ele. Comprimarea hidrogenului este realizată de către cercetători prin îmbinarea forțată a vârfurilor de diamant. Presiunea maximă obținută de către aceștia a fost de 342 GPa, fiind o valoare apropiată de presiunea din interiorul Pământului. Rezultatul obținut nu a fost conform teoriei pentru a obține hidrogen metalic.
Patru ani mai târziu, o echipă condusă de Paul Loubeyre, de la Comisia Franceză de Energie Atomică (CEA), de lângă Paris, a arătat că rezultatul era evident. Calculul presiunii, la care are loc metalizarea este bazat pe măsurarea distanței dintre două stări de energie foarte diferite, care sunt disponibile electronului din atomul de hidrogen. Cu cât presiunea crește, distanța scade. Astfel, se schimbă modul în care electronul este capabil să absoarbă sau să emită lumină. Când este pe punctul de a se închide golul, electronii hidrogenului absorb lumină, dar nu o emit, făcând materialul opac. Cu toate acestea, odată închisă, electronii se manifestă precum conductorii electrici liberi, fiind capabili să emită din nou energia luminoasă absorbită, făcând materialul foarte cristalin. Conform acestor observații, Loubeyre și colegii săi au ajuns la concluzia că este nevoie de 450 GPa, pentru a crea hidrogen metalic.
De atunci, mulți au încercat să dovedească că au reușit să obțină hidrogen metalic, însă, de fiecare dată, au existat obiecții. Loubeyre spune că metalizarea este bazată pe măsurarea reflexiei hidrogenului, dar acest lucru se poate întâmpla datorită oxidului de aluminiu, care se topește și modifică reflexia hidrogenului aflat sub presiune. În același timp, Dias susține că pentru a dovedi existența hidrogenului metalic, este necesară demonstrarea a două teorii: conductivitatea rămâne limitată, în timp ce temperatura scade către zero absolut, iar reflexia materialului se intensifică odată cu creșterea lungimii de undă. ,,Niciuna nu a fost demonstrată până acum”, declară el.
„Ar fi o mare realizare. Îmi imaginez că toți speră să obțină un premiu Nobel”.
Mai multă lumină, mai puțină căldură
Întrebarea este: va trebui să așteptăm încă 90 de ani pentru a obține sursa absolută a combustibilului de rachetă și supraconductorul din interiorul planetei Jupiter? Poate că nu. Experimentul realizat în repetate rânduri de către Dias și Silvera a avut același rezultat. ,,Acum un an, am reprodus o mostră la presiune mare, dar din motive tehnice, nu am fost capabili să măsurăm presiunea”, spune Silvera. În același timp, Dias ,,construiește un laborator capabil să producă hidrogen metalic”. ,,Sunt sigur că vom reuși să reproducem acele rezultate”, continuă el.
Încă nu știm de ce este capabil acest material, nici cine va ieși câștigător în această cursă, dar premiul cel mare îi va ține motivați pe cercetători să exploreze potențialul materialului.
