علم

هارفارد تفتح الكأس المقدسة للفيزياء: الهيدروجين المعدني

هارفارد تفتح الكأس المقدسة للفيزياء: الهيدروجين المعدني


هز علماء هارفارد العالم بعد أن نشروا رسميًا نجاحهم في إنشاء مادة جديدة تمامًا قد لا توجد في أي مكان آخر في الكون: الهيدروجين المعدني. تم نشر النتائج مؤخرًا في مجلةعلم.

[مصدر الصورة:هارفارد]

كان في أكتوبر الماضي عندما كان فيزيائيًا بجامعة هارفاردإسحاق سيلفيرا أثار ضجة كبيرة بعد أن دعا بعض الكليات لمشاهدة شيء لم يروه من قبل:الهيدروجين المعدني. انتشرت الكلمة بسرعة ، وسرعان ما اصطف مئات الأشخاص لإلقاء نظرة على المجهر لرؤية نقطة فضية ضاربة إلى الحمرة محصورة بين طرفين من الماس.

يمكن أن تكون النتائج ، إذا تم التحقق من صحتها ، أعظم اكتشاف في العلم على الإطلاق.

يقول راينهارد بوهلر ، الفيزيائي في معهد كارنيجي للعلوم في واشنطن العاصمة: "إذا كان هذا صحيحًا ، فسيكون رائعًا". "هذا شيء كنا كمجتمع ندفع لرؤيته منذ عقود".

لماذا يهم؟

يمكن أن يؤدي إنتاج الهيدروجين المعدني الصلب إلى إحداث ثورة في العلم كما نعرفه. يعتقد أن الهيدروجين المعدني هو موصل فائق في درجة حرارة الغرفة. في الوقت الحالي ، لا توجد موصلات فائقة أخرى في درجة حرارة الغرفة ، مما يجعل التطبيقات عمليا لا نهاية لها.

يمكن للموصل الفائق في درجة حرارة الغرفة إنشاء أسلاك جديدة لا تفقد الطاقة أثناء النقل ، مما يوفر مئات الملايين سنويًا. علاوة على ذلك ، يمكن تصنيع مغناطيسات قوية للغاية لتمكين التصوير بالرنين المغناطيسي من العمل في درجة حرارة الغرفة مما يجعلها أسهل وأرخص في صيانتها وإنتاجها.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضًا استخدام نفس المغناطيسات القوية ، التي يمكن استخدامها في التصوير بالرنين المغناطيسي ، لإنشاء بلازما كثيفة للغاية وفتح عالم قوة الاندماج - يحتمل أن يكون في درجة حرارة الغرفة.

ربما تكون أكثر التطبيقات المدهشة هي التطبيقات المحتملة في السفر بين الكواكب.

قال إسحاق سيلفيرا ، أستاذ توماس دي كابوت في العلوم الطبيعية في جامعة هارفارد ، قالمعكوس. "إذا كان بإمكانك تشغيل الهيدروجين المعدني للتعافي إلى المرحلة الجزيئية ، فإن [إطلاق الطاقة] المحسوب لذلك هو 1700 ثانية."

يُقترح أيضًا أن يكون الهيدروجين المعدني "ثابتًا" - بمعنى أنه إذا تم ضغط المادة إلى ضغط شديد ثم تم إطلاقها ، فستظل عند هذا الضغط. الخصائص مشابهة لخصائص الكربون - ضغطه بدرجة كافية وسوف يتشكل الماس ، ولن يؤدي تحرير الضغط إلى تغيير الماس مرة أخرى. على الرغم من أن الماس بمجرد تسخينه سوف يعود إلى الجرافيت.

تم افتراض طريقة تكوين الهيدروجين المعدني منذ أن تم اقتراحها لأول مرة في عام 1935 من قبل يوجين وينر وهيلارد بيل هانتينغدون. كانت الفكرة أنه في ظل الضغوط الهائلة ، سوف تنكسر شبكة الهيدروجين الجزيئية وتسمح للإلكترونات بالتدفق بحرية من جزيء إلى آخر. اقترح العلماء بتواضع أن خلق ضغوط25 جمن شأنه أن يفي بشروط تكوين الهيدروجين المعدني الصلب.

بالطبع ، كان الرقم أقل من الواقع بشكل صارخ. بعد عقود ومع الضغوط10 مراتأكثر من25GPa ،لم يكن الهيدروجين المعدني الغامض يمكن رؤيته في أي مكان.

فكيف فعلت هارفارد ذلك؟

من الصعب إجراء تجارب الهيدروجين عالي الضغط. ومع ذلك ، كافح علماء جامعة هارفارد هذه المشكلة عن طريق وضع حشية معدنية رقيقة بين ماسين برؤوس مسطحة. تحافظ الحشية على الهيدروجين في مكانه حيث يتم تحريك أطراف الماس معًا عند ضغوط تتجاوز ضغط مركز الأرض. تحت الضغوط الشديدة ، يمكن للهيدروجين أن يفرض عيوبًا على سطح الماس. يصبح الماس التالف هشًا ، مما يؤدي إلى تكوين تشققات. لمكافحة هذه المشكلة ، يضيف العلماء طبقة واقية شفافة للماس.

تحت الضغوط الشديدة ، يمكن للهيدروجين أن يفرض عيوبًا على سطح الماس. لمكافحة هذه المشكلة ، يضيف العلماء طبقة واقية شفافة للماس.

يقول الباحثون إن إضافة مادة أخرى قد يؤدي إلى تحريف النتائج.

تواجه جامعة هارفارد تمحيص دقيق

بالطبع ، لم يقتنع الجميع بهذه المزاعم. كما ينبغي أن تكون المطالبات غير العادية تتطلب أدلة غير عادية.

تجعل الطلاءات الإضافية قياسات الليزر صعبة بشكل متزايد لتحديد ما يحدث في المركز بدقة. لسوء الحظ ، ليس هذا هو العيب الوحيد في التجربة.

وضع الهيدروجين تحت ضغوط تتجاوز400 جيجاباسكالس (GPa) (تقريبًا4 ملايين مرة الضغط الجوي!) يتسبب في تحول الهيدروجين إلى اللون الأسود ، مما يزيد من إعاقة قدرة الليزر على اختراق المادة.

يقول ميخائيل إريميتس ، الذي يدرس حاليًا الهيدروجين المعدني الصلب في معهد ماكس بلانك للكيمياء في ماينز بألمانيا: "من وجهة نظرنا ، هذا غير مقنع".

فهل تم تكوين الهيدروجين المعدني الصلب؟

في الوقت الحالي ، من الصعب القول. في حين أن التدقيق الشديد الذي تتعرض له هارفارد قد يبدو ضارًا ، إلا أنه هناك فقط من أجل مزيد من التقدم في العلم. يجب تحليل البيانات وإعادة تحليلها وإنشاؤها مرة أخرى قبل تأكيد التجربة أو رفضها. على الرغم من أي اتهامات باكتشافات خاطئة ، يظل علماء هارفارد متفائلين في النتائج التي توصلوا إليها.

مزيد من التحديثات قريبا.

راجع أيضًا: ابتكر باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أقوى مادة في العالم

بقلم مافريك بيكر


شاهد الفيديو: تمكن فريق من علماء فيزياء الكم في موسكو من عكس الزمن