Waterstof bestaat als een gasvormige verbinding van twee waterstofatomen (H ₂ ). Onder normale laboratoriumomstandigheden, H ₂ komt voor in de varianten "ortho waterstof" en "para waterstof". Tot nu, het was onduidelijk hoe deze varianten zich onder zeer hoge druk gedragen. Onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth hebben nu het antwoord gevonden. Zowel ortho- als para-waterstof worden onstabiel onder hoge druk en houden op te bestaan ​​als onderscheidbare toestanden. De onderzoeksresultaten gepresenteerd in Natuurcommunicatie ons fysieke begrip van fundamentele kwantummechanische processen uitbreiden.

De twee toestanden van moleculaire waterstof, ortho en para waterstof, zijn in onderzoek bekend als spin-isomeren. Ze hebben dezelfde chemische structuur, maar verschillen in de manier waarop de kernen van de "tweelingatomen" verbonden in een H ₂ moleculen hebben betrekking op elkaar in termen van hun impulsmoment. Dit resulteert in verschillende fysische eigenschappen van de spin-isomeren, bijvoorbeeld verschillen in elektrische en thermische geleidbaarheid. De vraag of spin-isomeren onder zeer hoge druk naast elkaar bestaan, is van groot belang voor planetair onderzoek en ook voor de fundamenten van de kwantummechanica. Gasreuzen zoals Jupiter bevatten grote hoeveelheden gasvormig waterstof. Op deze planeten, de H ₂ moleculen worden onderworpen aan compressiedruk die vele honderden keren hoger is dan die in de atmosfeer van de aarde.

"Als de twee spin-isomeren uniform waren verdeeld in gasreuzen, belangrijke conclusies over de magnetische velden van deze planeten en hun stabiliteit konden worden afgeleid. Echter, in onze studie zijn we er nu voor het eerst in geslaagd aan te tonen dat ortho- en para-waterstof gedestabiliseerd worden door extreem hoge compressiedruk. Hun respectievelijke karakteristieke eigenschappen gaan verloren bij ongeveer 70 gigapascal. Dit bewijs kan ons begrip van kwantummechanische processen aanzienlijk vergroten, " zegt eerste auteur en natuurkundige Dr. Thomas Meier van de Universiteit van Bayreuth.