Na Harvardu so ustvarili kovinski vodik

Če bo kovinski vodik obstal pri normalnem pritisku in temperaturi, bo temeljito spremenil naše življenje.

Kovinski vodik – nekaj neobstoječega, a revolucionarno uporabnega, če bi obstajal – že od prve teoretične domneve pred 80 leti buri domišljijo fizikov in predstavlja čudežni, »božji delec« fizike trdnih snovi. Sodeč po članku v najnovejši številki revije Science, ki je izšla pred nekaj dnevi, smo ga končno dočakali: dvema fizikoma z ameriške Univerze Harvard ga je uspelo ustvariti v laboratoriju.

Dosežek, četudi ga morda ne bo mogoče ponoviti, kot že ugibajo nekateri fiziki, je res do skrajnosti izjemen – ne le zaradi potenciala, ki se skriva v njem, ampak nič manj tudi zaradi skrajnosti razmer, v katerih je nastal. Da je fiziku Isaacu Silveri in Rangi Diasu uspel, sta morala pri temperaturi blizu absolutne ničle, to je pri minus 270 stopinjah Celzija, ustvariti izjemen pritisk, ki je bil vsaj 250-tisočkrat večji od pritiska v ozračju oziroma celo večji, kot prevladuje v samem središču Zemlje.

Vodik je najbolj razširjen element v našem vesolju, saj predstavlja kar 74 odstotkov mase Rimske ceste, naše galaksije. A drobec kovinskega vodika, ki ga je uspelo ustvariti omenjenima fizikoma, je nekaj najbolj redkega. »To, kar smo dobili, do zdaj na našem planetu še ni obstajalo,« je v sporočilu za javnost poudaril Isaac Silvera.

To odkritje je pomembno in izjemno predvsem zato, ker je kovinski vodik faza vodika, v kateri vodik deluje kot električni prevodnik oziroma superprevodnik. Da bi vodik lahko obstajal tudi v obliki kovine, sta prva že leta 1935 predvidela fizika Eugene Wigner in Hillard Huntington. Napovedala sta, da če bi jim uspelo vodik izpostaviti dovolj velikemu pritisku, recimo vsaj 250-tisočkrat večjemu od zemeljskega zračnega pritiska, bi se ta plin spremenil v kovino.

V laboratorijskem eksperimentu na univerzi Harvard so uspeli ustvariti kovinski vodik. Foto: Univerza Harvard
V laboratorijskem eksperimentu na univerzi Harvard so uspeli ustvariti kovinski vodik. Foto: Univerza Harvard

To je zdaj uspelo Silveri in Diasu, a ta uspeh sam po sebi še ni tisto, kar sta si želela in kar si želijo fiziki, namreč, doseči tudi tako imenovano metastabilnost kovinskega vodika. To pomeni, da vodik ostane kovina tudi, ko se silni pritisk normalizira, podobno, kot se dogaja pri diamantih. Ti nastanejo iz grafita ob izjemnem pritisku in visoki temperaturi, vendar obstanejo kot diamanti tudi, ko se razmere normalizirajo.

Sama tvorba kovinskega vodika bo omogočila boljše razumevanje splošnih lastnosti vodika, sta prepričana omenjena znanstvenika, poleg tega pa odpira pot do ustvarjenja potencialno revolucionarnih novih materialov, skupaj z dolgo želenimi superprevodniki pri sobni temperaturi.

Superprevodniki, to so materiali, ki prevajajo elektriko brez odpora in zato tudi brez izgube energije, imajo širok razpon uporabe. Najbolj znana je njihova uporaba v napravah za magnetno resonanco. Njihov potencial pa je za zdaj zelo omejen, ker jih je za to, da delujejo, treba ohladiti na skoraj –270 stopinj Celzija. To zahteva ogromno energije in je zato izredno drago.

Če pa bo kovinski vodik, kot so znanstveniki predvideli že pred desetletji, lahko deloval kot superprevodnik že pri sobni temperaturi, bi ga lahko uporabili za izdelavo superprevodnih kablov in tako radikalno izboljšali učinkovitost številnih električnih naprav, ki jih danes uporabljamo.

Omogočil bi polete v daljno vesolje

In ne le to. Kovinski vodik bi lahko uporabili kot izjemno močno pogonsko gorivo za rakete. »Da naredimo kovinski vodik, je potrebna ogromna energija. In če jo pretvorimo nazaj v molekularni vodik, se vsa ta silna energija sprosti in ustvari do zdaj najmočnejše pogonsko raketno gorivo, ki bo pomenilo pravo revolucijo v znanosti o raketah in raketni tehniki,« je prepričan prof. Isaac Silvera.

Skratka, kovinski vodik bi lahko še pospešil že potekajočo revolucijo v elektroniki, ki se je začela z odkritjem novih materialov, kot je grafen. Ker kovinski vodik velja za superprevodnika pri sobni temperaturi, pa bi njegova sintetska produkcija silovito vplivala tudi na fiziko in na raziskave visokih energij, ki zdaj na primer potekajo v Cernu z najmočnejšimi raziskovalnimi napravami za fiziko delcev na svetu.

Poleg omenjenega bi kovinski vodik omogočil tudi raziskave notranjosti gigantskih plinskih planetov. Že nekaj časa namreč astronomi domnevajo, da jedra takih plinskih gigantov, kot sta Jupiter in Saturn, morda obdaja plast kovinskega vodika. Seveda temperaturne razmere in razmere pritiska v notranjosti teh planetov onemogočajo neposredne raziskave. Toda ob sposobnosti narediti sintetski kovinski vodik bi znanstveniki lahko izvajali eksperimente, ki bi pokazali, kako se ta vodik obnaša.

Ob navdušenju tudi dvomi

Članek z opisom eksperimenta, v katerem sta oba fizika dobila kovinski vodik, je vzbudil veliko zanimanja, ne pa tudi vnaprejšnjega navdušenja. Nasprotno, sprožil je kar precej skepticizma. Nekateri znanstveniki se sprašujejo, kako je harvardskima raziskovalcema sploh uspelo ustvariti tako silen pritisk že kar pri prvem poskusu, številni drugi pa z ovacijami čakajo na trenutek, ko bo eksperiment mogoče ponoviti.

Kljub kritiki sta Silvera in Dias prepričana, da so rezultati njunega eksperimenta točni in da jih bo mogoče ponoviti. Takšna ponovitev bi vsekakor utišala vse dvome. Za zdaj pa poudarjata, da primerjalne meritve reflektivnih lastnosti vodikove pike in vmesne podloge kažejo, da sta dobila čisti vodik. Zagotavljata tudi, da so bile meritve pritiska pravilno kalibrirane in preverjene.

V prihodnje nameravata dobiti še dodatne spektrografske podatke, ki bi potrdili, da je dobljeni vzorec zares kovinski. Ko jih bosta dobila, pa se nameravata lotiti glavnega preizkusa, in sicer ugotoviti, ali je dobljeni vzorec resnično metastabilen, to je obstojen v trdnem stanju tudi v normalnih razmerah. Glede na to, kaj bi uspeli poskus pomenil v praktičnem življenju, si večina poznavalcev želi, da bi harvardskima raziskovalcema ta ključni preizkus uspel.

Sonja Kolarič

Leave a Reply