Un team di ricercatori francesi ha pubblicato online un documento in cui affermano di aver raggiunto il santo graal della scienza dei materiali a pressione estrema: creare idrogeno metallico in un laboratorio.
I fisici hanno sospettato fin dagli anni '30 che sotto pressioni estreme, gli atomi di idrogeno - gli atomi più leggeri sulla tavola periodica, contenenti solo un singolo protone ciascuno nei nuclei - potrebbero cambiare radicalmente le loro proprietà. In circostanze normali, l'idrogeno non conduce bene l'elettricità e tende ad accoppiarsi con altri atomi di idrogeno, proprio come fa l'ossigeno. Ma i fisici ritengono che, soggetto a una pressione sufficiente, l'idrogeno fungerà da metallo alcalino - un gruppo di elementi, tra cui litio e sodio, che ciascuno ha un singolo elettrone nei suoi orbitali più esterni, che scambiano molto facilmente. L'intera tavola periodica è organizzata attorno a questa idea, con l'idrogeno posizionato sopra gli altri metalli alcalini nella prima colonna. Ma l'effetto non è mai stato visto in modo conclusivo in laboratorio.
Ora, in un articolo pubblicato il 13 giugno sulla rivista di prestampa arXiv, un team di ricercatori guidato da Paul Loubeyre della Commissione francese per l'energia atomica afferma di averlo fatto. Schiacciati tra i punti di due diamanti a circa 4,2 milioni di volte la pressione atmosferica della Terra a livello del mare (425 gigapascal), affermano che il loro campione di idrogeno ha dimostrato proprietà metalliche.
"L'idrogeno metallico è il massimo idruro", hanno scritto i ricercatori, riferendosi a una classe di composti a base di idrogeno con proprietà straordinarie. "Può esibire superconduttività a temperatura ambiente, una transizione di fusione a temperatura molto bassa in uno stato superconduttore-superfluido insolito, un'elevata diffusione protonica e una conservazione ad alta densità di energia."
In altre parole, ci si aspetta che sia un materiale che conduce elettricità a tempo indeterminato a temperatura ambiente - un tratto quantico utile - e immagazzina energia molto facilmente. Normalmente, i superconduttori superconducono solo a temperature molto basse.
La caccia decennale all'idrogeno metallico ha portato i ricercatori a una miriade di altri materiali che, a pressioni leggermente inferiori, presentano almeno alcune di queste proprietà. Ma per farlo, i ricercatori hanno dovuto mescolare l'idrogeno con altri composti in modi complicati. I ricercatori li chiamano superidruri. I superidruri, o l'idrogeno metallico stesso, potrebbero un giorno portare a tecnologie notevolmente migliorate per il trasporto e lo stoccaggio di energia, tra gli altri progressi, precedentemente riportato da Live Science
Gli scienziati planetari pensano anche che l'idrogeno metallico possa nascondersi in pianeti ultra pesanti, come Giove. Ma capire come tutto ciò funzioni richiede la generazione di alcune cose sulla Terra.
Il problema era che l'idrogeno metallico sembra formarsi a pressioni che vanno oltre la capacità anche dei più estremi laboratori di ricerca ad alta pressione. Il metodo standard per generare una pressione estrema e sostenuta in un laboratorio prevede la frantumazione di un piccolo campione tra i punti di due diamanti super duri. Ma come Live Science ha riferito in precedenza, oltre 400 gigapascal, anche i "dispositivi a diamante a incudine" più difficili iniziano a rompersi.
Nel 2016, un team di ricercatori ha affermato di aver creato idrogeno metallico in un dispositivo a incudine diamantato, ma ha raccolto solo dati limitati. E avevano paura di liberare il loro campione dalla stretta della loro cella di incudine di diamante, per non danneggiarlo. Altri ricercatori, incluso Loubeyre, all'epoca dissero a Forbes che non erano convinti di quel documento - che basava la sua richiesta di idrogeno metallico su un solo punto dati: la riflettività del materiale.
Più tardi, gli scienziati hanno dichiarato di aver perso il campione dopo la rottura del dispositivo con cella a incudine diamantata.
Il nuovo studio basa la sua affermazione di produrre idrogeno metallico principalmente sul modo in cui il campione altera i raggi di luce infrarossa mentre l'incudine si applica e rilascia pressione. Per prima cosa, i ricercatori hanno ripetuto il loro esperimento, regolando la pressione su e giù per far "passare" avanti e indietro il materiale da stati apparentemente metallici a non metallici. La chiave per raggiungere quelle alte pressioni, hanno scritto gli autori, era la forma precisa dei diamanti, resa perfettamente toroidale da un processo chiamato irradiazione ionica focalizzata.
Tuttavia, lo studio non è stato oggetto di revisione tra pari, e resta da vedere come la più ampia comunità di fisica ad alta pressione reagirà a questa affermazione.
