Denna bortskärning illustrerar en modell av interiören i Jupiter, med en stenig kärna belagd med ett djupt lager av flytande metalliskt väte. Upphovsman:Kelvinsong/Wikimedia Commons
Forskare har länge spekulerat i att i en gasjättas hjärta, materialfysikens lagar uppvisar anmärkningsvärda egenskaper. I dessa typer av extrema tryckmiljöer, vätgas komprimeras till den grad att det faktiskt blir en metall. I åratal, forskare har letat efter ett sätt att skapa metalliskt väte syntetiskt på grund av de oändliga applikationerna det skulle erbjuda.
För närvarande, det enda kända sättet att göra detta är att komprimera väteatomer med ett diamantstäd tills de ändrar tillstånd. Och efter decennier av försök (och 80 år sedan det först teoretiserades), ett team av franska forskare kan äntligen ha skapat metalliskt väte i en laboratoriemiljö. Även om det finns mycket skepsis, det finns många inom det vetenskapliga samfundet som tror att detta senaste påstående kan vara sant.
Studien som beskriver deras experiment, med titeln "Observation av en första ordnings fasövergång till metallväte nära 425 GPa, "visades nyligen på arXiv -förtrycksservern. Teamet bestod av Paul Dumas, Paul Loubeyre, och Florent Occelli, tre forskare från avdelningen för militära applikationer (DAM) vid den franska alternativa energi- och atomenergikommissionen och forskningsanläggningen Synchrotron SOLEIL.
Som de anger i sin studie, det är obestridligt att "metallväte ska finnas, "tack vare reglerna för kvantinneslutning. Specifikt, de indikerar att om elektronerna i något material är tillräckligt begränsade i sin rörelse, det som kallas "bandgapstängning" kommer så småningom att äga rum. Kortfattat, alla isolatormaterial (som syre) bör bli en ledande metall om det trycks tillräckligt.
De förklarar också hur två framsteg gjorde deras experiment möjligt. Det första har att göra med diamantstädinställningen de använde, som hade toroidala (munkformade) diamantspetsar i stället för platta spetsar. Detta gjorde att laget kunde skjuta förbi den tidigare tryckgränsen som fastställdes av andra diamantstäd (400 GPa) och bli så hög som 600 Gpa.
Flygfoto över Synchrotron SOLEIL -anläggningen. Kredit:C. Kermarrec/Synchrotron SOLEIL
Den andra innovationen involverade en ny typ av infraröd spektrometer som forskargruppen utformade själva vid Synchrotron SOLEIL -anläggningen, vilket gjorde att de kunde mäta provet. När deras väteprov hade nått tryck på 425 GPa och temperaturer på 80 K (-193 ° C; -316 ° F), de rapporterade att det började absorbera all infraröd strålning, vilket indikerar att de hade "stängt bandgapet".
Dessa resultat har dragit till sig en hel del kritik och skepsis, till stor del för att tidigare påståenden om metallisk vätesyntes antingen visade sig vara falska eller otydliga. Dessutom, denna senaste studie har ännu inte blivit granskad, och experimentet validerat av andra fysiker.
Dock, det franska laget och deras experimentella resultat har några mäktiga allierade. En person är Maddury Somayazulu, en docent vid professor vid Argonne National Laboratory som inte var inblandad i denna studie. Som han sa i en intervju med Gizmodo, "Jag tror att detta verkligen är en Nobelprisvärd upptäckt. Det har alltid varit, men detta representerar förmodligen en av de renaste och mest omfattande arbetena med rent väte. "
Somayazulu uttryckte också att han känner studiens huvudförfattare Paul Dumas "mycket väl, "och att Dumas är en" otroligt noggrann och systematisk forskare. "En annan fysiker som talade positivt om detta senaste experiment är Alexander Goncharov, en personalvetare från Carnegie Institute for Science's Geophysical Laboratory.
Överst:mikroskopiska bilder av etapperna från experimentet 2017 av Dias och Silvera. Upphovsman:Isaac Silvera; Nederst:Scenbilderna från Dumas (et al.), mittbilden som visar bildandet av metalliskt väte. Upphovsman:Loubeyre et al (arXiv 2019)
År 2017, han uttryckte tvivel när ett forskargrupp från Harvard University's Lyman Laboratory of Physics påstod sig ha skapat metalliskt väte med hjälp av en liknande process. Men som Goncharov berättade för Gizmodo om detta senaste experiment, "Jag tror att tidningen innehåller några bra bevis om bandgapets slutning i väte. En del av tolkningen är felaktig och vissa data kan vara bättre, men jag litar generellt på att detta är giltigt. "
Som syntetmaterial, metalliskt väte skulle också ha oändliga tillämpningar. Till att börja med, det antas ha supraledande egenskaper vid rumstemperatur, och är metastabil (vilket betyder att den kommer att behålla sin soliditet när den återgår till normalt tryck). Dessa egenskaper skulle göra det otroligt användbart inom elektronik.
Det skulle också vara en välsignelse för forskare som ägnar sig åt forskning med hög energi och fysik, som det som för närvarande bedrivs på CERN. Ovanpå allt det här, det skulle tillåta astrofysiker, för första gången någonsin, för att studera hur förhållandena är i det inre av jätteplaneter utan att faktiskt behöva skicka sonder för att utforska dem.
I det här avseendet, metalliskt väte är mycket som kall fusion. Med tanke på de enorma utbetalningarna, alla som påstår sig ha uppnått det kommer naturligtvis att ställas inför några tuffa frågor. Allt vi kan göra är att hoppas att de senaste experimenten var framgångsrika, och antingen fira eller vänta på nästa försök.
