Физики Гарвардского университета впервые получили металлический водород. Подтверждение научного прорыва — наблюдение фазового перехода Вигнера-Хантингтона, утверждается в статье в журнале Science.
Теоретическая основа
При крайне высоких давлениях водород претерпевает фазовый переход. После этого коллективы атомов вещества начинают проявлять металлические свойства. Они обладают высокой удельной теплотой фазового перехода и высокотемпературной сверхпроводимостью.
Это явление обосновали в 1935 году Юджин Вигнер и Белл Хантингтон. Они утверждали, что при комнатной температуре водород перейдет в металлическую форму при давлении 25 ГПа и станет проявлять свойства сверхпроводника.
Доктор физико-математических наук Валентин Рыжов пояснил Hi-Tech Mail.Ru, почему к открытию приковано такое внимание:
Это некий принципиальный момент, связанный с обоснованием методов, которые описывают состояние материи. Металлический водород – практически идеальный металл. Во-вторых, еще в 70-х установили, что металлический водород теоретически метастабилен, должен терять проводимость и проводить ток без сопротивления. Тогда же, в разгар гонки вооружений, возникла тема нового оружия. Речь шла о нейтронной бомбе. Металлический водород был бы идеальной защитой от такого оружия – им собирались даже танки покрывать. Все это подхлестывало интерес, выделялись деньги на исследования.
Сотрудники Ливерморской национальной лаборатории в 1996 году заявили, что получили свидетельства его возможного получения. Предположительно, металлический водород просуществовал в течение 1 микросекунды. Однако явления фазового перехода специалисты тогда не наблюдали, да и опыт ставили не с целью получить металлический водород, а чтобы исследовать свойства образца под давлением 100 ГПа.
Первый на планете
Физики Гарвардского университета профессор естественных наук Томас Д. Кабот, Исаак Сильвера и сотрудник докторантуры Ранга Диас как раз наблюдали явление фазового перехода, которое свидетельствует о получении металлического водорода. Атомарный водород из жидкой фазы перешел в твердую при давлении до 495 ГПа температуре 5,5 К в алмазной наковальне — между остриями искусственных алмазов.
Водород из состояния прозрачного, как стекло, преобразовался в состояние блестящего металла, подобно меди или золоту отражающего свет. Переход в твердую фазу подтвердил спектроскопический анализ.
Сильвера прогнозирует, что после снятия давления металлический водород в новых экспериментах будет оставаться метастабильным. Аналогичным образом алмазы образуются из графита.
Ученый рассказал и о перспективах использования материала – комментарий Сильверы приводит EurekAlert!:
Необходимо огромное количество энергии, чтобы сделать металлический водород. И если вы преобразуете его обратно в молекулярный водород, энергия высвобождается, так что это сделало бы его самым мощным ракетным топливом, известным человеку, и может революционизировать ракетную отрасль.
Кроме того, металлический водород может быть использован как сверхпроводник.
Впрочем, эксперты отмечают, что прямых экспериментальных свидетельств существования металлического водорода физики не получили. Предположительно металлический водород существует между ядром и атмосферой Сатурна и Юпитера. Однако и это пока не доказано.
Эксперименты по его обнаружению ставились и в нашем институте. Но результатов, которые заслуживали бы доверия, не получилось. Это очень сложно, когда сам размер образца – одна сотая миллиметра. Более того: до сегодняшнего момента об обнаружении металлического водорода заявляли неоднократно. Но после всегда находились контрдоводы. Если сейчас окажется, что результаты верны (а это вполне возможно, так как тонкость эксперимента невероятна), то это открытие действительно уровня Нобелевской премии.
