تنها نمونه هیدروژن فلزی جهان غیب شد

در ماه گذشته دانشمندان به ” جام مقدس فیزیک پرفشار ” دست یافتند، فیزیکدانانی از دانشگاه هاروارد ادعا می کنند که موفق شده اند هیدروژن را به فلز تبدیل کنند – چیزی که پژوهشگران به مدت بیش از ۸۰ سال به دنبال دستیابی به آن بوده اند.

گویا آی تی – آنها نه فقط این ماده را تولید کردند، بلکه همچنین اولین کسانی بودند که موفق شدند آن را به صورت پایدار در شرایط آزمایشگاهی حفظ کنند، به طوری که آن را به تنها نمونه هیدروژن فلزی موجود در روی کره زمین تبدیل می کند.
هیدروژن فلزی در دماهای نزدیک به صفر مطلق نگهداری می شد و در فشارهای بسیار بالا بین دو الماس در داخل نوعی گیره قرار داده شده بود.
اما این الماس ها حدود یک هفته قبل در یک آزمایش شکسته شدند و گیره از بین رفت، به طوری که پژوهشگران تاکنون نتوانسته اند هیچ اثری از این هیدروژن فلزی بیابند.
این الزماً بدین معنی نیست که آن نابود شده است، این نمونه فقط ۵/۱ میکرومتر ضخامت و ۱۰ میکرومتر قطر داشته است – یک پنجم قطر یک رشته موی انسان – بنابراین ممکن است در جایی نامشخص و به صورت پایدار قرار داشته باشد.

اما این احتمال نیز وجود دارد که بعد از گسسته شدن فشار گیره الماس، این هیدروژن به حالت گازی قبلی خود بازگشته باشد، این حاکی از این است که این ماده در فشار اتاق پایدار نیست – این یکی از حالت های پیش بینی شده ماده است.
آیزاک سیلورا، سرپرست این گروه که بیش از ۴۵ سال بر روی هیدروژن فلزی کار کرده است، می گوید که آنها فعلاً نمی توانند درباره سرنوشت این نمونه گمانه زنی کند.
او در گفتگوی تلفنی با سایت ScienceAlert می گوید، ” اساساً، این ماده ناپدید شده است، یا به شکلی بسیار کوچک در جایی در فشار اتاق قرار دارد یا این که به حالت گاز بازگشته است. ما نمی دانیم.”

او ناپدید شدن این ماده را می پذیرد، اما آنها اکنون بر روی ایجاد یک گیره الماس بهبود یافته تمرکز کرده اند و امیدوارند تا در هفته های آینده نمونه هیدروژن فلزی دیگری را تولید کنند.
او می گوید، ” ما در حال آماده کردن آزمایش جدیدی هستیم تا ببینیم آیا می توانیم فشارهای تولید شده در بار اول را دوباره ایجاد کرده و فلز هیدروژن خودمان را یک بار دیگر بسازیم. ”
این شکست زمانی اتفاق افتاد که این گروه روز شنبه ۱۱ فوریه در حال آماده شدن برای انتقال این نمونه به آزمایشگاه ملی Argonne در شیکاگو برای آزمایش های بیشتر بودند.
چرا این هیدروژن فلزی این قدر مهم است؟ همانطور که از نام آن مشخص است، این ماده حالت فلزی گاز هیدروژن است.
هیدروژن یکی از شناخته شده ترین عناصر کیهان است — و حالت طبیعی آن به صورت فلز نیست. این ماده نور را منعکس نمی کند و الکتریسته را نیز منتقل نمی کند.
اما در سال ۱۹۳۵، پژوهشگران پیش بینی می کردند که هیدروژن تحت شرایط خاص در فشار بالا می تواند خصوصیات فلزی به خود بگیرد.

تا به حال دانشمندان در تلاش بوده اند تا هیدروزن فلزی را در آزمایشگاه تولید کنند – اما اثبات شده که این کار به دلیل ضرورت دستیابی به فشارهای بسیار بالا دشوار است.
اما سیلورا و تیم او بالاخره در ماه اکتبر سال گذشته موفق به انجام این کار شدند، آنها از الماس های مصنوعی به عنوان بخشی از یک گیره برای فشار بر نمونه استفاده کردند.
با افزایش فشار بر نمونه پژوهشگران با چشمان خود مشاهده کردند که نمونه از حالت بی رنگ به رنگ تیره و سپس به حالت درخشان و فلز تبدیل شد.
این یک دستاورد عظیم است و فقط اثبات یک مفهوم محسوب نمی شود، زیرا پیش بینی می شود که هیدروژن فلزی دارای برخی خصوصیات نسبتاً غیر معقول و مفید باشد – مانند ویژگی فوق رسانایی، که قادر است جریان را بدون مقاومت انتقال دهد.

همچنین این ماده قادر است آن قدر انرژی در پیوندهای خود ذخیره کند که از آن می توان به عنوان قدرتمندترین پیشرانه برای موشک استفاده کرد.
در حالی که ما منتظر انتشار پژوهش این گروه در نشریه Science در ماه گذشته بودیم، آنها این نمونه را در گیره الماس در دماهای به شدت سرد نگهداری می کردند و آزمایش های اولیه را در آزمایشگاه انجام می دادند. مهم تر این که آنها در حال اندازه گیری بازتاب پذیری این نمونه بودند تا فلزی بودن آن را اثبات کنند.

آنها همچنین یک لیزر قرمز ضعیف به این مجموعه تابش می دادند تا فشار آن را اندازه گیری کنند، این فشار بین ۴۶۵ و ۴۹۵ Gpa بود – که حدود ۴ میلیون برابر بیشتر از فشار اتمسفر سطح دریاهای روی کره زمین است و تقریباً ۲۰ برابر فشاری است که پیش بینی می شود برای دستیابی به هیدروژن فلزی نیاز است.
اما هنوز آزمایش های زیادی باقی مانده بود که آنها انجام نداده بودند. این گروه قبل از انتشار مقاله خود در این نشریه نه تنها نمونه خود را نابود کردند، بلکه نتوانستند مایع بودن یا جامد بودن هیدروژن فلزی خود را نیز مشخص کنند.
آنها همچنین موفق نشدند میزان رسانایی الکتریکی این ماده را نیز اندازه گیری کنند، رسانایی الکتریکی یک ویژگی مهم برای فلزات محسوب می شود.
در نتیجه، تردید ها و بحث های زیادی بر سر تولید این هیدروژن فلزی در وهله اول وجود داشته است.
پُل لوبیری، یکی از فیزیکدانان کمیسیون انرژی اتمی فرانسه که خود درگیر این پژوهش نبوده است در گفتگو با سایت Nature در ماه گذشته اشاره کرد، “من فکر نمی کنم که این مقاله به هیچ وجه متقاعد کننده باشد.”

سیلورا و تیم او قصد داشتند این نمونه را برای انجام تست های بیشتر به دستگاه تقویت و تسریع ذرات باردار الکترونی واقع در آزمایشگاه ملی Argonne منتقل کنند. آنها قبل از ارسال این نمونه از یک لیزر قرمز ضعیف برای اندازه گیری مجدد فشار این سیستم استفاده کردند.
اما این بار، انرژی این لیزر فوراً این سیستم را نابود کرد و باعث شد الماس ها از هم پاشیده شوند.
سیلورا توضیح می دهد، ” به محض این که ما نور را روشن کردیم، ” تق”، الماس ها شکسته شدند. یکی از آنها به صورت فاجعه باری پودر شد. ”
” طبق اطلاع ما این اتفاق برای تیم های دیگر نیز روی داده است، اما ما تصور می کردیم که ما از نسبت به این اتفاق ایمن هستیم. ما قبلاً آن را تست کرده بودیم، اما مشخصاً در طول زمان چیزی تغییر کرده است. شاید نقص های ایجاد شده در الماس و یا شاید پخش شدن هیدروژن دلیل آن بوده باشد. ما دقیقاً نمی دانیم چه اتفاقی روی داده است. ”
سیلورا مطمئن است که آنها دوباره قادر خواهند بود هیدروژن فلزی بیشتری تولید کنند – این کار اگر در مرحله بعدی آزمایش ها هم نباشد، بلافاصله بعد از آنها خواهد بود.
او امیدوار است که تکرار این فرآیند به متقاعد کردن برخی از کسانی که به این موضوع شک دارند کمک کند.

” این ناپدید شدن چیزی از اعتبار و درستی این نمونه کم نمی کند. هر کسی که از این گونه کارهای پر فشار انجام می دهد می داند که این گونه شکست ها اجتناب ناپذیر است. مسئله مهم اندازه گیری هایی است که در رابطه با بازتابندگی آن انجام دادیم و این اندازه گیری ها خوب و یکپارچه هستند. ”
” بنابراین این ناپدید شدن یک شکست نیست، بلکه صرفاً محرومیت از انجام آزمایش های بیشتر بر روی این نمونه محسوب می شود. ”
سیلورا می افزاید، ” همیشه افراد دیرباور وجود دارند، توصیه من به آنها این است که تلاش کنند این آزمایش را تکرار کنند – ما روش رسیدن به فشارهای بالا و دستیابی به هیدروژن فلزی در آزمایشگاه را کاملاً نشان داده ایم، بنابراین تیم های دیگر نیز می توانند آن را امتحان کنند. این یک روش علمی است و بهتر از صرفاً شکایت کردن نسبت به نتایج ما است.”

این تیم در مرحله بعدی آزمایش های خود از نوع متفاوتی از الماس ترکیبی استفاده خواهد کرد، به طوری که انتظار می رود پایدارتر باشد.
آنها همچنین تجربه کسب کرده اند و دفعه بعد برای انجام سنجش های بیشتر بر روی این نمونه زمان را تلف نخواهند کرد.
سیلورا توضیح می دهد، ” نگه داری طولانی مدت یک نمونه می تواند به نوعی باعث خراب شدن آن شود، بنابراین دفعه بعد که نمونه ای را در معرض فشار بالا تولید بکنیم، تلاش خواهیم کرد تا ارزیابی ها و اندازه گیری های مهم بر روی آن را در حداکثر سرعت ممکن و بدون اتلاف زمان انجام دهیم. ”
ما آرزوی موفقیت برای آنها داریم و به دقت منتظر نتایج کار آنها هستیم.