Wetenschappers hebben lang gespeculeerd dat in het hart van een gasreus, de wetten van de materiële fysica vertonen opmerkelijke eigenschappen. In dit soort extreme drukomgevingen, waterstofgas wordt zo gecomprimeerd dat het in feite een metaal wordt. Voor jaren, wetenschappers hebben gezocht naar een manier om metallische waterstof synthetisch te maken vanwege de eindeloze toepassingen die het zou bieden.

Momenteel, de enige bekende manier om dit te doen is om waterstofatomen te comprimeren met behulp van een diamanten aambeeld totdat ze hun toestand veranderen. En na tientallen jaren van pogingen (en 80 jaar sinds het voor het eerst werd getheoretiseerd), een team van Franse wetenschappers heeft misschien eindelijk metallische waterstof gemaakt in een laboratoriumomgeving. Hoewel er veel scepsis is, er zijn velen in de wetenschappelijke gemeenschap die geloven dat deze laatste bewering waar zou kunnen zijn.

De studie die hun experiment beschrijft, getiteld "Observatie van een eerste-orde faseovergang naar metaalwaterstof nabij 425 GPa, " verscheen onlangs op de preprint-server van arXiv. Het team bestond uit Paul Dumas, Paul Loubeyre, en Florent Occelli, drie onderzoekers van de afdeling Militaire toepassingen (DAM) van de Franse commissie voor alternatieve energie en atoomenergie en de onderzoeksfaciliteit Synchrotron SOLEIL.

Zoals ze in hun onderzoek aangeven, het staat buiten kijf dat "metaalwaterstof moet bestaan, " dankzij de regels van kwantumopsluiting. Specifiek, ze geven aan dat als de elektronen van een materiaal voldoende beperkt zijn in hun beweging, wat bekend staat als de "band gap-sluiting" zal uiteindelijk plaatsvinden. Kortom, elk isolatiemateriaal (zoals zuurstof) zou een geleidend metaal moeten worden als het voldoende onder druk staat.

Ze leggen ook uit hoe twee vorderingen hun experiment mogelijk hebben gemaakt. De eerste heeft te maken met de diamanten aambeeldopstelling die ze gebruikten, die toroidale (donutvormige) diamanten tips had in plaats van platte tips. Hierdoor kon het team de vorige druklimiet overschrijden die was vastgesteld door andere diamanten aambeelden (400 GPa) en zo hoog worden als 600 Gpa.

De tweede innovatie betrof een nieuw type infraroodspectrometer die het onderzoeksteam zelf heeft ontworpen in de Synchrotron SOLEIL-faciliteit, waardoor ze het monster konden meten. Zodra hun waterstofmonster een druk van 425 GPa en temperaturen van 80 K (-193 ° C; -316 ° F) had bereikt, ze meldden dat het alle infraroodstraling begon te absorberen, daarmee aangevend dat ze "de band gap hadden gedicht".

Deze resultaten hebben een behoorlijk deel van kritiek en scepsis opgeroepen, grotendeels omdat eerdere beweringen over de synthese van metallische waterstof ofwel onjuist of niet overtuigend waren. In aanvulling, deze laatste studie moet nog door vakgenoten worden beoordeeld, en het experiment gevalideerd door andere natuurkundigen.

Echter, het Franse team en hun experimentele resultaten hebben een aantal krachtige bondgenoten. Een persoon is Maddury Somayazulu, een universitair hoofddocent aan het Argonne National Laboratory die niet bij deze studie betrokken was. Zoals hij zei in een interview met Gizmodo, "Ik denk dat dit echt een Nobelprijs-waardige ontdekking is. Het was altijd al, maar dit is waarschijnlijk een van de schoonste en meest uitgebreide werken op pure waterstof."

Somayazulu zei ook dat hij de hoofdauteur van de studie, Paul Dumas, "heel goed kent, " en dat Dumas een "ongelooflijk zorgvuldige en systematische wetenschapper" is. Een andere natuurkundige die positief sprak over dit laatste experiment is Alexander Goncharov, een stafwetenschapper van het Geophysical Laboratory van het Carnegie Institute for Science.

in 2017, hij uitte zijn twijfel toen een onderzoeksteam van het Lyman Laboratory of Physics van Harvard University beweerde met een soortgelijk proces metallische waterstof te hebben gemaakt. Maar zoals Goncharov Gizmodo vertelde over dit laatste experiment, "Ik denk dat het artikel goed bewijs bevat over de sluiting van de bandgap in waterstof. Een deel van de interpretatie is onjuist en sommige gegevens kunnen beter, maar ik vertrouw er over het algemeen op dat dit geldig is."

Als synthetisch materiaal, metallische waterstof zou ook eindeloze toepassingen hebben. Ten eerste, er wordt aangenomen dat het supergeleidende eigenschappen heeft bij kamertemperatuur, en is metastabiel (wat betekent dat het zijn stevigheid behoudt zodra het terugkeert naar de normale druk). Deze eigenschappen zouden het ongelooflijk nuttig maken in de elektronica.

Het zou ook een zegen zijn voor wetenschappers die zich bezighouden met hoogenergetisch onderzoek en natuurkunde, zoals die momenteel bij CERN wordt uitgevoerd. Bovenop dat alles, het zou astrofysici in staat stellen, voor de eerste keer ooit, om te bestuderen hoe de omstandigheden in het binnenste van reuzenplaneten zijn zonder dat je sondes hoeft te sturen om ze te verkennen.

In dit opzicht, metallische waterstof lijkt veel op koude kernfusie. Gezien de enorme uitbetalingen, iedereen die beweert dit te hebben bereikt, zal natuurlijk voor lastige vragen komen te staan. We kunnen alleen maar hopen dat de laatste experimenten succesvol waren, en ofwel vieren of wachten op de volgende poging.