Támadások kereszttüzében az idei év nagy bejelentése

2017.01.30. 15:36

Egy kutatócsoport azt állítja, sikerült a hidrogént olyan hatalmas nyomásnak kitenni, amitől az fémes tulajdonságúvá vált. Az eredményeket azonban többen kétségbe vonják.

A Harvard Egyetem kutatóinak tanulmánya – amely a rangos Science tudományos folyóiratban látott napvilágot – szerint azzal, hogy a hidrogént a légköri nyomás 4,9 milliószorosa alá helyezték, fémes tulajdonságú anyagot hoztak létre. Amennyiben bebizonyosodna, hogy a kutatók állítása igaz, az azt jelentené, hogy sikerült olyan matériát előállítani, amely többek között olyan jellemzőkkel bír, mint a szupravezetés – vagyis az anyag elveszti elektromos ellenállását.

Így sikerülhetett előállítani

Fémes hidrogén tehát akkor keletkezik, amikor a hidrogént kellően magas nyomás éri, és emiatt halmazállapot-változáson megy át. Egyes elméletek szerint a különleges tulajdonságú anyag nagy mennyiségben van jelen a Jupiter, a Szaturnusz és néhány közelmúltban felfedezett exobolygó gravitáció által összenyomott belsejében. A fémes hidrogén lehet szilárd halmazállapotú, ekkor az atommagok (vagyis a protonok) rácsokba rendeződnek, lehet folyékony halmazállapotú is, akkor azonban a rácsba rendeződés nem következik be. 

A Harvard kutatóinak állítása alapján ezúttal sikerült olyan magas nyomást létrehozniuk földi körülmények között, ami korábban lehetetlennek látszott. Ehhez első lépésben le kellett hűteni a hidrogént –269 Celsius-fokra, majd ez után 495 GPa (495 milliárd Pa) nyomást kellett kifejteni rá  gyémántokkal. Annak érdekében, hogy a drágakövek felülete mentes legyen a hibáktól – és így ne törjenek szét az elképesztő nyomás kifejtése során –, a gyémántok végét lecsiszolták, és alumínium-oxid réteggel vonták be.

A folyamat során a kezdetben átlátszó hidrogén előbb matt fekete, majd fémesen csillogó anyaggá változott. A fémes hidrogén elkészülte után már nincs szükség a hatalmas nyomás fenntartására, az anyag szobahőmérsékleten is megőrzi a tulajdonságait – szakkifejezéssel élve metastabilis. 

Mikroszkópos felvételek a hidrogén változásáról nagy nyomás alatt. A bal oldali képen átlátszó gázként, középen fekete átmenetként, a jobb fotón fémesen csillogó állapotbanForrás: R. Dias, I. F. Silvera

Sokan vitatják a kísérlet eredményét

A tanulmányban megjelent állítások meglehetősen merésznek hangzanak, így nem csoda, ha sok szakember kételkedik bennük. Véleményüknek a Nature hasábjain többen is hangot adtak. 

Alexander Goncharov, a Yale Egyetem professzora már korábban is bírálta a harvardiak módszereit. Szerinte a csillogó anyag, amit a fizikusok láttak, nem fémes hidrogén, hanem alumínium-oxid lehetett. Mások, mint Paul Loubeyre francia fizikus, úgy vélték, a kísérletet végző tudósok valójában túlbecsülték a gyémántokkal kifejtett nyomást, a műszerek kalibrálása során több beállítási hibát is elkövettek. 

Egy brit fizikus, Eugene Gregoryanz azért kritizálta az amerikai kutatókat, mert csak egyetlenegyszer végeztek részletes mérést, kísérletüket nem ismételték meg,  ezért sem bizonyítható, hogy ténylegesen azt a nyomást érték el, ami a tanulmányukban szerepel.

Forrás: Silver et al

A kutatás egyik szerzője, Isaac Silvera erre úgy reagált, hogy a minta épségének megőrzése érdekében még az előtt ki akartak jönni az eredményekkel, mielőtt a megerősítő teszteket elvégezték volna. „Most, hogy a folyóirat elfogadta a publikációt, már nincs akadálya a további kísérleteknek” – tette hozzá. 

Silvera egyébként nem az egyetlen, aki azt állítja, sikerült már fémes hidrogént előállítania. 2011-ben a Max Planck Intézet kutatói álltak elő ugyanezzel a kijelentéssel, az akkori kísérletben 220 GPa nyomást alkalmaztak. Eredményüket – amelyet szintén össztűz alá vettek a tudományos élet szereplői – a későbbiekben nem tudták megismételni. 

Gyorsabb adatátvitel, hatékonyabb áramvezetés

Akármi is legyen az igazság, kétségtelen, hogy a fémes hidrogén mesterséges előállítása hatalmas előrelépés lenne tudományos szempontból.

Az ismert szupravezető anyagok ugyanis csak rendkívül alacsony hőmérsékleten (általában –200 Celsius-fok alatt) képesek elveszteni elektromos ellenállásukat, ezzel szemben a fémes hidrogén akár már szobahőmérsékleten is képes lenne szupravezetőként viselkedni.  Ennek számos gyakorlati alkalmazási lehetősége van, például újfajta kábelek révén gyorsabbá válna az adatátvitel, és hatékonyabb lehetne az áramvezetés.