Nauka  / Artykuł

Święty Graal fizyki osiągnięty. Naukowcom udało się wytworzyć metaliczny wodór

106 interakcji
dołącz do dyskusji

Jeśli interesujesz się doniesieniami naukowymi, w ostatnich dniach musiałeś usłyszeć o wodorze metalicznym. Często z komentarzami, że oto naukowcy stworzyli coś, co jeszcze nie istniało. Czym właściwie jest metaliczny wodór, czy rzeczywiście nigdy dotąd nie istniał i jakie ma właściwości?

Materia zdegenerowana

Aby pojąć co to takiego metaliczny wodór, musimy przypomnieć sobie pojęcie materii zdegenerowanej. Jest to rodzaj materii, która powstaje gdy poddamy ją ogromnemu ciśnieniu. Zdarza się wtedy, że kompletnie zmienia swoje właściwości, często przejawiając równocześnie cechy dwóch stanów skupienia materii (np. cieczy i ciała stałego).

Nazwa wynika ze zjawiska degeneracji elektronów i neutronów. Polega ono na tak dużym ciśnieniu, że tym cząstkom brakuje po prostu wolnych miejsc w stanach energetycznych wokół jądra. W przypadku materii zbudowanej ze zdegenerowanych neutronów ma ona również ogromną masę.

Inne cząsteczki również ulegają tego typu degeneracji - naukowcy postulują również istnienie zdegenerowanych gazów opartych na degeneracji protonów a nawet kwarków (np. w jądrach gwiazd neutronowych).

Hipotetyczne istnienie metalicznego wodoru

Istnienie wytworzonego pod ogromnym ciśnieniem metalicznego wodoru - czyli wodoru w postaci ciała stałego - podejrzewał już w 1935 roku laureat nagrody Nobla Eugene Wigner. Wraz ze Hillardem Bellem Huntingtonem stworzyli artykuł, w którym wyliczyli, że wodór stanie się metalem pod ciśnieniem 25 gigapaskali. Wynikało z tego, że metaliczny wodór może już istnieć: w jądrach gazowych gigantów w naszym Układzie Słonecznym, Jowisza i Saturna.

W 1968 angielski fizyk Neil Ashcroft zaczął podejrzewać, że taki metal może mieć bardzo ciekawe właściwości. Na przykład może wykazywać się nadprzewodnictwem, nawet w temperaturze pokojowej.

Wszystko to spowodowało, że uzyskanie wodoru metalicznego w warunkach laboratoryjnych stało się swego rodzaju Świętym Graalem fizyki ciał stałych. Jest to jeden z przypadków, gdy odkrycie naukowe od razu przydałoby się w praktyce - posiadając działające w wysokich temperaturach nadprzewodniki, moglibyśmy mieć np. szybsze komputery.

Próby laboratoryjne

W marcu 1996 roku grupa naukowców z laboratorium Lawrence Livermore prawdopodobnie wytworzyła metaliczny wodór… niechcący. Przy użyciu działa gazowego uderzali próbkę płynnego wodoru, i zaobserwowali zmniejszenie się oporu elektrycznego praktycznie do zera - co sugeruje nadprzewodnictwo. Można więc uważać, że udało im się osiągnąć stan metalizacji wodoru - nie zostało to jednak nigdy oficjalnie potwierdzone.

Wielu badaczy próbowało wytworzyć metaliczny wodór celowo. Próbowano podgrzewania próbek wodoru laserami, kompresowania ich między diamentami, udało się również wytworzyć metaliczny deuter - będący jednym z izotopów wodoru. Kilkakrotnie zaobserwowano również metaliczny wodór w formie płynnej pod dużymi ciśnieniami - ale te doniesienia były weryfikowane negatywnie przez innych naukowców. Tak stało się między innymi z badaniami z 2011 roku.

Czyżby w końcu się udało wytworzyć metaliczny wodór?

Pod koniec 2016 roku Ranga Dias i Isaac F. Silvera z Uniwerytetu Harvarda udało się tak ścisnąć próbkę wodoru w postaci ciała stałego, że uzyskano stan materii degenerowanej. Współdzielona chmura elektronów nadała ciału cechy nadprzewodnictwa, a próbka nawet zaczęła wyglądać jak metal - odbijała fotony. Gdyby próbka była większa, błyszczałaby dla oka ludzkiego, tak jak zazwyczaj wyobrażamy sobie metaliczną powierzchnię.

metaliczny wodór

Dias i Silvera użyli ciśnienia 495 GPa - dla porównania w jądrze Ziemi możemy napotkać ciśnienie 360 GPa. Użyto specjalnie wyprofilowanych syntetycznych diamentów, pokrytych tlenkiem glinu (w formie krystalicznej zwanym korundem).

Jeśli odkrycie badaczy z Uniwersytetu Harvarda zostanie zweryfikowane przez innych naukowców, ponad 80 lat teoretycznego istnienia metalicznego zostanie potwierdzone. Następnym krokiem będą zapewne eksperymenty upraszczające jego pozyskanie, i próby użycia w praktyce jako nadprzewodnik.

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst