نشر فريق من الباحثين الفرنسيين ورقة على الإنترنت يزعمون فيها أنهم حققوا الكأس المقدسة لعلم مواد الضغط الشديد: إنشاء الهيدروجين المعدني في المختبر.
يشتبه الفيزيائيون منذ الثلاثينيات أنه في ظل الضغوط الشديدة ، يمكن لذرات الهيدروجين - وهي أخف الذرات في الجدول الدوري ، والتي تحتوي على بروتون واحد فقط في كل نواة - أن تغير خصائصها جذريًا. في الظروف العادية ، لا يقوم الهيدروجين بتوصيل الكهرباء جيدًا ويميل إلى الاقتران بذرات الهيدروجين الأخرى - مثلما يفعل الأكسجين تمامًا. لكن الفيزيائيين يعتقدون أنه ، تحت ضغط كافٍ ، يعمل الهيدروجين كمعدن قلوي - مجموعة من العناصر ، بما في ذلك الليثيوم والصوديوم ، لكل منها إلكترون واحد في مداراتها الخارجية ، والتي يتبادلها بسهولة شديدة. يتم تنظيم الجدول الدوري بأكمله حول هذه الفكرة ، مع وضع الهيدروجين فوق الفلزات القلوية الأخرى في العمود الأول. لكن هذا التأثير لم يُرى قط بشكل قاطع في المختبر.
الآن ، في ورقة نُشرت في 13 يونيو / حزيران في مجلة arXiv التمهيدية ، يدعي فريق من الباحثين بقيادة بول لوبيير من لجنة الطاقة الذرية الفرنسية أنه قد سحبها. تم سحقهم بين نقطتين من الماس إلى حوالي 4.2 مليون مرة من الضغط الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر (425 غيغا باسكال) ، كما يقولون إن عينات الهيدروجين أظهرت خصائص معدنية.
وكتب الباحثون: "الهيدروجين المعدني هو الهيدريد النهائي" ، في إشارة إلى فئة من المركبات الهيدروجينية ذات خصائص استثنائية. "قد يظهر موصلية فائقة لدرجة حرارة الغرفة ، وانتقال ذوبان في درجة حرارة منخفضة جدًا إلى حالة موائع فائقة غير عادية ، وانتشار بروتوني مرتفع ، وتخزين عالي الكثافة للطاقة."
بعبارة أخرى ، من المتوقع أن تكون مادة تقوم بتوصيل الكهرباء إلى أجل غير مسمى في درجة حرارة الغرفة - سمة كمية مفيدة - وتخزين الطاقة بسهولة بالغة. عادة ، تكون الموصلات الفائقة موصلية فائقة فقط عند درجات حرارة منخفضة جدًا.
أدى البحث المستمر منذ عقود عن الهيدروجين المعدني إلى وصول الباحثين إلى مجموعة من المواد الأخرى التي تعرض ، على الأقل إلى حد ما ، بعض هذه الخصائص. للقيام بذلك ، كان على الباحثين مزج الهيدروجين مع مركبات أخرى بطرق معقدة. يطلق عليها الباحثون هيدرات فائقة. أفادت "لايف ساينس" سابقًا أن الهيدروجين الفائق ، أو الهيدروجين المعدني نفسه ، قد يؤدي يومًا ما إلى تقنيات محسنة بشكل كبير لنقل الطاقة وتخزينها ، من بين أوجه التقدم الأخرى.
يعتقد علماء الكواكب أيضًا أن الهيدروجين المعدني قد يكمن في الكواكب شديدة الثقل ، مثل المشتري. لكن فهم كيف أن كل ما يتطلبه الأمر يتطلب توليد بعض الأشياء على الأرض.
تكمن المشكلة في أن الهيدروجين المعدني يبدو أنه يتشكل عند ضغوط تتجاوز قدرة حتى أكثر مختبرات الأبحاث ارتفاعًا في الضغط العالي. تتضمن الطريقة القياسية لتوليد ضغط شديد ومستمر في المختبر سحق عينة صغيرة بين نقطتين من الماسات شديدة الصلابة. ولكن كما ذكرت "لايف ساينس" سابقًا ، فإن أكثر من 400 جيجا باسكال ، حتى أصعب "أجهزة خلايا سندان الماس" تبدأ في الانهيار.
في عام 2016 ، زعم فريق من الباحثين أنه أنشأ هيدروجينًا معدنيًا في جهاز سندان الماس ، لكنهم جمعوا بيانات محدودة فقط. وخافوا أن يخرجوا عينتهم من قبضة خلية سندان الماس ، خشية أن تتلف. أخبر باحثون آخرون ، من بينهم لوبيير ، مجلة فوربس في ذلك الوقت أنهم لم يقتنعوا بتلك الورقة - التي استندت في ادعائها الهيدروجيني المعدني إلى نقطة بيانات واحدة فقط: انعكاسية المادة.
في وقت لاحق ، قال العلماء أنهم فقدوا عينتهم بعد كسر جهاز خلية سندان الماس.
تبني الدراسة الجديدة ادعائها في صنع الهيدروجين المعدني في المقام الأول على الطريقة التي تغير بها العينة أشعة الضوء تحت الأحمر أثناء تطبيق السندان وإطلاق الضغط. لشيء واحد ، كرر الباحثون تجربتهم ، وضبطوا الضغط لأعلى ولأسفل ليجعلوا المادة "تنتقل" ذهابًا وإيابًا من حالات معدنية على ما يبدو إلى حالات غير معدنية. وكتب المؤلفون أن مفتاح تحقيق هذه الضغوط العالية هو الشكل الدقيق للماس - الذي جعله حلقيا بشكل مثالي من خلال عملية تسمى الحزم الأيونية المركزة.
ومع ذلك ، لم تخضع الدراسة لمراجعة الأقران ، ويبقى أن نرى كيف سيتفاعل مجتمع الفيزياء العالي الضغط مع هذا الادعاء.
