Este corte ilustra un modelo del interior de Júpiter, con un núcleo rocoso cubierto por una capa profunda de hidrógeno metálico líquido. Crédito:Kelvinsong / Wikimedia Commons
Los científicos han especulado durante mucho tiempo que en el corazón de un gigante gaseoso, las leyes de la física de los materiales exhiben características notables. En este tipo de entornos de presión extrema, El gas hidrógeno se comprime hasta el punto de convertirse en un metal. Durante años, Los científicos han estado buscando una forma de crear hidrógeno metálico de forma sintética debido a las infinitas aplicaciones que ofrecería.
En el presente, la única forma conocida de hacer esto es comprimir los átomos de hidrógeno con un yunque de diamante hasta que cambien de estado. Y después de décadas de intentos (y 80 años desde que se teorizó por primera vez), Es posible que un equipo de científicos franceses finalmente haya creado hidrógeno metálico en un laboratorio. Si bien hay mucho escepticismo, hay muchos en la comunidad científica que creen que esta última afirmación podría ser cierta.
El estudio que describe su experimento, titulado "Observación de una transición de fase de primer orden a hidrógeno metálico cerca de 425 GPa, "apareció recientemente en el servidor de preimpresión arXiv. El equipo estaba formado por Paul Dumas, Paul Loubeyre, y Florent Occelli, tres investigadores de la División de Aplicaciones Militares (DAM) de la Comisión Francesa de Energías Alternativas y Energía Atómica y del centro de investigación Sincrotrón SOLEIL.
Como indican en su estudio, es indiscutible que "el hidrógeno metálico debería existir, "gracias a las reglas del confinamiento cuántico. Específicamente, indican que si los electrones de cualquier material están lo suficientemente restringidos en su movimiento, lo que se conoce como el "cierre de la banda prohibida" eventualmente tendrá lugar. En breve, cualquier material aislante (como el oxígeno) debe convertirse en un metal conductor si se presuriza lo suficiente.
También explican cómo dos avances hicieron posible su experimento. El primero tiene que ver con la configuración de yunque de diamante que usaron, que tenía puntas de diamante toroidales (en forma de rosquilla) en lugar de puntas planas. Esto permitió al equipo superar el límite de presión anterior establecido por otros yunques de diamante (400 GPa) y llegar a 600 Gpa.
Vista aérea de la instalación del Sincrotrón SOLEIL. Crédito:C. Kermarrec / Sincrotrón SOLEIL
La segunda innovación involucró un nuevo tipo de espectrómetro infrarrojo que el equipo de investigación diseñó ellos mismos en las instalaciones de Synchrotron SOLEIL, lo que les permitió medir la muestra. Una vez que su muestra de hidrógeno alcanzó presiones de 425 GPa y temperaturas de 80 K (-193 ° C; -316 ° F), informaron que comenzó a absorber toda la radiación infrarroja, lo que indica que habían "cerrado la banda prohibida".
Estos resultados han atraído una buena cantidad de críticas y escepticismo, en gran parte porque se demostró que las afirmaciones anteriores de la síntesis de hidrógeno metálico eran falsas o no concluyentes. Además, este último estudio aún no ha sido revisado por pares, y el experimento validado por otros físicos.
Sin embargo, el equipo francés y sus resultados experimentales cuentan con unos aliados poderosos. Una persona es Maddury Somayazulu, un profesor asociado de investigación en el Laboratorio Nacional de Argonne que no participó en este estudio. Como dijo en una entrevista con Gizmodo, "Creo que este es realmente un descubrimiento digno de un premio Nobel. Siempre lo fue, pero esto probablemente representa uno de los trabajos más limpios y completos sobre hidrógeno puro ".
Somayazulu también expresó que conoce al autor principal del estudio, Paul Dumas, "muy bien, "y que Dumas es un" científico increíblemente cuidadoso y sistemático ". Otro físico que habló positivamente de este último experimento es Alexander Goncharov, un científico de planta del Laboratorio Geofísico del Carnegie Institute for Science.
Arriba:imágenes microscópicas de las etapas del experimento de 2017 de Dias y Silvera. Crédito:Isaac Silvera; Abajo:las imágenes del escenario proporcionadas por Dumas (et al.), la imagen central muestra la formación de hidrógeno metálico. Crédito:Loubeyre et al (arXiv 2019)
En 2017, Expresó dudas cuando un equipo de investigación del Laboratorio de Física Lyman de la Universidad de Harvard afirmó haber creado hidrógeno metálico mediante un proceso similar. Pero como Goncharov le dijo a Gizmodo sobre este último experimento, "Creo que el artículo contiene buena evidencia sobre el cierre de la banda prohibida en el hidrógeno. Parte de la interpretación es incorrecta y algunos datos podrían ser mejores, pero en general confío en que esto sea válido ".
Como material sintético, El hidrógeno metálico también tendría infinitas aplicaciones. Antes que nada, se cree que tiene propiedades superconductoras a temperatura ambiente, y es metaestable (lo que significa que conservará su solidez una vez que vuelva a la presión normal). Estas propiedades lo harían increíblemente útil en electrónica.
También sería una bendición para los científicos dedicados a la investigación y la física de alta energía, como el que se está llevando a cabo actualmente en el CERN. Encima de todo eso, permitiría a los astrofísicos, por primera vez, para estudiar cómo son las condiciones en el interior de planetas gigantes sin tener que enviar sondas para explorarlos.
En este sentido, El hidrógeno metálico se parece mucho a la fusión en frío. Dadas las inmensas recompensas, cualquiera que diga haberlo logrado, naturalmente, se enfrentará a algunas preguntas difíciles. Todo lo que podemos hacer es esperar que los últimos experimentos hayan tenido éxito, y celebrar o esperar el próximo intento.
