Od 80 lat „naukowa ludzkość” walczy o wytworzenie metalicznego wodoru. Stało się to dosłownie ustalonym pomysłem: uzyskanie idealnego metalu o nadprzewodnictwie w temperaturze pokojowej, „wypełnienia” najpotężniejszego paliwa rakietowego, materiału do stworzenia „osłony” z bomby neutronowej.
Przejście na „metalową scenę” zostało potwierdzone już w 1935 roku przez Eugene'a Wignera i Bella Huntingtona. Twierdzili, że w temperaturze pokojowej wodór pod ciśnieniem 25 GPa przekształci się w formę metaliczną i zacznie wykazywać właściwości nadprzewodnika. Od tamtej pory fizycy pracujący z wysokimi ciśnieniami wydawali się, że warto trochę „dodać”, jak przewidywano: wodór stanie się stały. Jednak początkowo obliczone ciśnienie 300 tysięcy atmosfer wzrosło już do pięciu milionów, a metaliczny wodór nie został jeszcze uzyskany.
Z technicznego punktu widzenia osiągnięcie takiego ciśnienia na Ziemi jest praktycznie niemożliwe, nawet w jądrze naszej planety ciśnienie nie przekracza trzech milionów atmosfer. Gdy ciśnienie „przekroczyło” milion, stało się jasne, że będziemy musieli wziąć coś twardszego, na przykład diamenty, skonstruować z nich szczypce i docisnąć, minimalizując maksymalnie punkt przyłożenia siły. Powstało takie diamentowe imadło, z którego korzystali naukowcy z Uniwersytetu Harvarda (Isaac Silver, Thomas D. Cabot, Ranga Diaz) i udało mu się osiągnąć etap metalicznego wodoru, o czym szczęśliwie poinformował cały świat w czasopiśmie Science.
I tu pech: gdy tylko Isaac Silver i jego koledzy mieli go wyciągnąć, jeden z diamentów rozpadł się na „pyłki kurzu”, a sama próbka zniknęła bezpowrotnie - nikt nie był w stanie jej znaleźć. Brzmi to oczywiście bardzo intrygująco, ale tak naprawdę, jak mówią fizycy, nie ma w tym nic dziwnego. Ciśnienie pięciu milionów atmosfer jest właśnie największą siłą diamentu. Po usunięciu stresu komory są dość często niszczone. Jeden z diamentów zapadł się całkowicie, a wodór najwyraźniej przeszedł w stan gazowy. Należy zrozumieć, że mówimy o mikroskopijnej dawce substancji. Aby uzyskać „szalony” nacisk, diamenty są naostrzone i wciśnięte w metalową uszczelkę z otworem pośrodku. Gaz jest pompowany do niewielkiej przestrzeni (10-50 mikronów). Został skompresowany do stanu metalu, ponieważ według naukowcówod przezroczystego do nieprzezroczystego. Utrata przezroczystości jest głównym kryterium przemiany gazu w metal.
Utrata jedynej na świecie próbki metalicznego wodoru podzieliła świat na dwie połowy: jedna grupa naukowców uważa, że próbka zawierająca metaliczny wodór istniała, podczas gdy inni są coraz bardziej skłonni wierzyć, że to tylko sen starzejącej się profesor - Isa
Valentin Nikolaevich Ryzhov - zastępca dyrektora ds. Naukowych Instytutu Wysokich Ciśnień im L. F. Vereshchagina, doktor nauk fizycznych i matematycznych / Institute for High Pressure Physics im L. F. Vereshchagin
Zastępca Dyrektora ds. Nauki, Instytut Wysokich Ciśnień LF Vereshchagina Valentin Nikolaevich Ryzhov, doktor fizyki i matematyki, jest po stronie optymistów: „Wygląda na to, że Izaak Silver otrzymał w końcu nieprzezroczysty wodór. Ale to nie mógł być czysty metaliczny wodór, ale jego stan półprzewodnikowy. Mój kolega Michaił Eremets, były pracownik naszego instytutu, również w pewnym momencie otrzymał półprzewodnikowy stan wodoru, po czym Izaak Silvera i firma napisali list obalający jego odkrycie. Teraz, gdy Silver opublikował swoje wyniki, pojawiły się listy „w przeciwnym kierunku”, w których stwierdza się, że eksperymenty, które przeprowadził, nie są wystarczająco przekonujące, aby mówić o odkryciu w skali globalnej. Myślę, że przy wskazanych ciśnieniach metaliczny wodór mógłby nadal powstawać,ale w normalnych warunkach nie może być w stanie metastabilnym. Dlatego, kiedy Silvera chciał go wyjąć, próbka po prostu przeszła do gazu”.
Ale kierownik Wydziału Matematyki Stosowanej Narodowego Badań Jądrowych Uniwersytetu "MEPhI", doktor nauk fizycznych i matematycznych Nikołaj Aleksiejewicz Kudryaszow jest skłonny wierzyć, że cała historia z metalicznym wodorem Izaaka Silvera jest po prostu wielkim pragnieniem, które jest przedstawiane jako rzeczywistość.
Film promocyjny:
Nikolay Alekseevich Kudryashov - Kierownik Katedry Matematyki Stosowanej, National Research Nuclear University MEPhI, doktor fizyki i matematyki / NRNU MEPhI
„Szczerze mówiąc, nie mam pojęcia, gdzie na Ziemi można wytrzymać taką presję” - mówi Nikołaj Kudryaszow. - Oczywiste jest, że teoretycy już dawno wszystko obliczyli, a przy tym ciśnieniu i wskazanej temperaturze wodór powinien stać się metaliczny, jednak, jak wiemy, teoria i praktyka czasami zasadniczo się różnią. Obecnie większość badaczy jest skłonna wierzyć, że ten eksperyment nie był czysty. Ważne jest to, że nikt nie może tego powtórzyć, a „powtarzalność” to główne zadanie w nauce”.
Niemniej jednak rosyjscy fizycy teoretyczni z MEPhI, w tym sam Kudryashov, obliczyli, że przy ciśnieniu pięciu milionów atmosfer i temperaturze minus 268 stopni Celsjusza faza metalicznego wodoru uzyskana przez Diaza i Silvera byłaby nadprzewodnikiem.
Do obliczeń wykorzystano układ równań Eliashberga, który najdokładniej pozwala wyznaczyć temperaturę krytyczną dla przejścia substancji w stan nadprzewodzący. Rozwiązanie tego układu umożliwiło obliczenie temperatury krytycznej przejścia metalicznego wodoru w nadprzewodnik. Okazało się jednak, że jest to temperatura znacznie niższa od pokojowej i wynosi minus 58 stopni Celsjusza.
„Oczywiście taka temperatura nie będzie kolidować z licznymi zastosowaniami technicznymi nadprzewodników, ale pod warunkiem, że możliwe będzie uzyskanie metalicznego wodoru w dużych ilościach. W międzyczasie, nawet produkcja niewielkiej ilości metalicznego wodoru nadal wymaga udowodnienia”- wyjaśnił Kudryashov.
Jeśli chodzi o profesora na Uniwersytecie Harvarda, Isaaca Silvera, obecnie wykonuje on nowe imadło diamentowe, aby uzyskać metaliczny wodór.
Anna Urmantseva