Вчені втратили єдиний у світі зразок металевого водню

минулого місяця вчені з Гарвардського університету повідомили про відкриття «священного Грааля» фізики твердих тел. Їм вдалося в лабораторних умовах отримати водень у металевій фазі. Наука безуспішно намагалася зробити це протягом понад 80 останніх років. І, нарешті, успіх! Вчені не тільки змогли отримати матеріал, але і першими в історії знайшли спосіб залишити його на збереження. На превеликий жаль, радіти було рано. Вчені повідомляють, що зразок нещодавно був втрачений.

Інцидент стався 11 лютого, коли вчені готували зразок для транспортування в Аргоннскую національну лабораторію. Зразок знаходився на зберіганні при дуже низькій температурі і надвисокому тиску для проведення подальших дослідів. Однак у рамках однієї з перевірок тиску з допомогою малопотужного лазерної установки що сталося: один з двох алмазів установки не витримав і в буквальному сенсі розлетівся в пил, погребши під собою і єдиний зразок металевого водню.

Керівник дослідження, професор Ісаак Сільвера, більше 45 років свого життя займається вивченням металевого водню, повідомляє, що вчені не можуть з упевненістю сказати, яка саме подальша доля спіткала єдиний отриманий зразок.

«Він втрачений. Він або десь загубився серед пилу зруйнованого алмазу і тепер перебуває при звичайному тиску, або взагалі повернувся назад в газовий стан. Ми точно не знаємо».

«Ніколи не бачив нічого подібного. Всі поверхні установки покрила така пудра, схожа на харчову соду або щось на зразок того. Я б і не повірив, що це алмаз», — прокоментував професор Сільвера.

Зовсім необов'язково, що зразок був знищений, але так як його розмір складає всього близько 1,5 мікрометра на 10 мікрометрів (приблизно 1/5 діаметра звичайного людського волоса) – знайти його не представляється можливим. Але і це ще не все. Справа в тому, що після руйнування алмазу і зниження тиску в установці зразок міг перетворитися назад у газ. Згідно теорії, він все-таки повинен зберігати стабільний стан, але якщо насправді це не так, то це ще більш сумні новини.

Незважаючи на дуже сильне розчарування, вчений повідомив, що зараз команда працює над створенням більш міцних алмазних лещат і сподівається створити ще один зразок металевого водню в найближчому майбутньому.

«Ми готуємо новий експеримент і подивимося, чи можна буде створити той рівень тиску, якого ми досягли в перший раз, і отримати ще один зразок».

Чому металевий водень так цінний? Думаю, всім відомо, що водень є одним з найбільш вивчених елементів у Всесвіті, і в своєму природному стані він безумовно не має металевої фазою. Він не блищить і не проводить електрику. Та все ж ще в 1935 році фізики передбачили, що при певних умовах тиску водень може набувати металеві властивості. З тих пір наука не раз намагалася отримати хоча б один зразок металевого водню в лабораторних умовах. Але всі спроби виявлялися марними, так як для можливого успіху вимагалося створення умов з неймовірно сильним тиском, забезпечити які тодішній рівень технологій був не в змозі. І ось, в минулому жовтні Сильвере і його команді нарешті вдалося це зробити. Використовуючи спеціальні алмазні лещата, вчені отримали довгоочікуваний зразок. З ростом тиску всередині системи дослідники своїми очима побачили, як прозорий газ, що знаходиться в установці, спочатку потемнів, а потім став блискучим і придбав металеву форму.

Важливість відкриття полягає не тільки в доведенні можливості додавання водню металеву форми, але ще і в тому, що подібний матеріал може мати потенційно дуже корисними властивостями – стати надпровідником, здатним передавати заряд без опору. Крім того, так як він містить таку неймовірну кількість енергії, його можна розглядати і як «найбільш потужного джерела для ракетного палива».

Чекаючи публікації своїй статті в науковому журналі Science в минулому місяці, вчені зберігали зразок металевого водню при наднизьких температурі і тиску, а також провели кілька первинних випробувань в лабораторії. Одним з найважливіших з них була перевірка його рефлективності – однієї з характеристик, що підтверджують його металлічность.

З допомогою малопотужного лазерної установки вони виміряли тиск, при якому металевий водень придбав свою форму. Результати показали 495 ГПа (близько 4,9 мільйони атмосфер), що в 4 мільйони разів більше рівня атмосферного тиску на Землі і приблизно в 20 разів більше початкових припущень, згідно з яким його можна отримати.

Проте багато тестів вчені провести просто не встигли. Зразок був втрачений ще до виходу статті в друк. Наприклад, дослідники не змогли дізнатися, чи є отримана форма металевого водню рідкої або твердої. Крім того, не було перевірено, чи здатний він проводити електрику, що також є однією з основних характеристик для металів.

Тому не дивно, що серед наукового співтовариства з'явилися ті, хто виступив з часткою скептицизму щодо того, чи був металевий водень створений взагалі?

«Я не думаю, що ця опублікована стаття виявиться переконливою для всіх», — заявив фізик Пол Скінхед з французької Комісії з атомної енергії в Брюйер-ле-Шатель, небрав участь в обговорюваному дослідженні, журналу Nature.

Для проведення подальших тестів Сільвера і його команда планували використовувати синхротрон в Аргоннської національної лабораторії в США. Однак до відправлення зразка вони вирішили використовувати малопотужний червоний лазер для перевірки створеного всередині системи зберігання тиску. Але на цей раз енергія, створена лазером, фактично миттєво знищила систему. Один з алмазів установки в буквальному сенсі розсипався в прах.

«Подібні речі вже траплялися з іншими командами, але ми думали, що з нашою системою все буде в порядку. Ми неодноразово її випробовували в минулому, але, мабуть, щось з того часу в ній змінилося. Можливо, в самому алмазі виник дефект, можливо, причиною є дифузія водню. Ми точно не знаємо. Та й навряд чи вже дізнаємося».

Сільвера переконаний, що його команда зможе створити нові зразки. І якщо не в рамках наступних експериментів, то принаймні в найближчому майбутньому. Вчені дуже сподіваються повторити процес, щоб у злих язиків не залишилося на цей раз аргументів.

«Зникнення зразка ні про що не говорить. Кожен, хто працює з умовами високого тиску, прекрасно знає, що подібні інциденти дійсно можуть траплятися час від часу. Радує, що ми встигли принаймні провести випробування рефлективності зразка і ці дані точні», — коментує Сільвера.

«що Трапилося не можна назвати кроком назад. Просто шкода, що ми не змогли провести більше вимірів цього зразка. У науці завжди буде купа скептиків у тому чи іншому питанні, але моя порада таким людям завжди один: спробуйте провести експеримент. Ми вже показали, яке саме тиск ми створили для отримання металевого водню в лабораторії. Тому будь-хто і що має таку ж можливість може спробувати зробити це самостійно. Ось це я називаю науковим методом. І це набагато краще, ніж просто скаржитися на наші результати», — додав учений.

У наступних експериментах команда постарається використовувати різні типи синтетичних алмазів, які, залишається сподіватися, виявляться більш стабільними. Крім цього, планується використовувати і більш потужну охолоджуючу систему. Гіркий досвід показав, що заплановані перевірки та експерименти в таких випадках краще проводити, не затягуючи.

«Цілком можливо, що при тривалому зберіганні подібні зразки стають менш стабільними. Тому наступного разу, коли з допомогою високого тиску ми отримаємо новий зразок, то постараємося провести всі важливі вимірювання як можна швидше», — сказав Сільвера.