Riprodotto in laboratorio l’idrogeno metallico

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Forse è stato creato l’idrogeno metallico. Ma la comunità scientifica ancora discute. L’idrogeno metallico, finora una chimera, potrebbe essere realtà. Tre ricercatori francesi hanno dato l’annuncio e presentato i risultati, ma viste le precedenti smentite alcuni scienziati rimangono scettici.L’idrogeno, il primo elemento chimico della tavola periodica (di cui quest’anno ricorre il 150°), esiste a pressione atmosferica e a temperatura ambiente come gas biatomico H2. In condizioni estreme, però, tipiche dei giganti gassosi, l’elemento può cambiare proprietà e comportarsi come un metallo. La possibilità di creare artificialmente idrogeno metallico è stata teorizzata quasi un secolo fa e tuttora si sta cercando di raggiungere questo obiettivo. Finora nessun esperimento è riuscito a crearlo – o quasi, dato che molti dei precedenti risultati sono stati confutati.

I tentativi sono legati al fatto che l’idrogeno metallico potrebbe avere numerose applicazioni nelle scienze dei materiali, quali superconduttori potenti e propellenti per razzi molto potenti, più di quelli a idrogeno liquido. Oggi tre ricercatori francesi del French Alternative Energies e Atomic Energy Commission e del sincrotrone Soleil annunciano di essere riusciti a ottenere questo composto. I risultati sono pubblicati in preprint su arXiv. Ecco come hanno fatto i tre autori, Paul Loubeyre, Florent Occelli e Paul Dumas.

(foto: MIke Agliolo via Getty Images)
(foto: MIke Agliolo via Getty Images)

L’idrogeno esiste come gas biatomico (la molecola H2) a temperatura ambiente, diventa liquido intorno allo zero assoluto e solido (ma sempre in forma molecolare e non come atomo singolo) all’aumentare della pressione. Quando parliamo di idrogeno metallico, invece, si intende l’idrogeno in una fase in cui perde la struttura molecolare ed esiste come atomo da solo, H. In questa forma non esiste anche se gli scienziati provano da tempo a crearlo sottoponendo l’idrogeno a pressioni elevatissime.

Oggi gli autori dichiarano di essere riusciti a ottenerlo. Per raggiungere queste pressioni gli autori hanno utilizzato due incudini di diamante (già precedentemente impiegate) dove in questo caso le punte sono a forma di toroide (una ciambella con il buco al centro) invece che piatte. Questo è servito per ottenere pressioni, e dunque una compressione, ancora più alte rispetto ad oggi. Finora, infatti, si arrivava a 400 Gpa (Gigapascal) e oggi gli autori sono riusciti a salire ancora di più. Mediante un nuovo tipo di spettrometro a infrarossi del sincrotrone Soleil hanno studiato il sistema e osservato l’idrogeno metallico. Una volta raggiunti i 425 Gpa e temperature di -193 °C, l’idrogeno osservato era in un cambiamento di fase verso l’idrogeno metallico, e da isolante . Tanto che gli autori hanno intitolato il paper “Osservazione della prima transizione di fase del primo ordine verso l’idrogeno metallico in prossimità dei 425 Gpa”“Observation of a first order phase transition to metal hydrogen near 425 GPa”.

Questa operazione di schiacciamento estremo avrebbe portato il materiale a cambiare stato e perdere la sua struttura molecolare. Questo grazie a particolari effetti quantistici (confinamento quantico) collegati alla compressione, che cambiano il moto degli elettroni e che trasforma il materiale da isolante a conduttore, in cui gli elettroni sono liberi di fluire, quello che avviene nell’idrogeno metallico.

“Penso che si tratti di una scoperta di portata così grande da meritare il premio Nobel”, ha dichiarato in una email al giornale Gizmodo Maddury Somayazulu dell’Argonne National Laboratory, non coinvolto nello studio. Ma se la ricerca ha ottenuto l’approvazione di alcuni, ci sono anche degli scettici. Questo perché in passato è accaduto che altre volte sia stata annunciata la creazione dell’idrogeno metallico ma poi i risultati si erano dimostrati inconcludenti. In generale, lo studio ha sollevato una grande discussione all’interno della comunità scientifica, come sottolinea Helen Maynard-Casely in un tweet citato da Gizmodo, ma in ogni caso prima di sapere se il risultato sia confermato o meno bisogna attendere i mesi del processo del peer review.

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