Praėjusį mėnesį mokslininkai rado „didelio slėgio fizikos šventąjį gralį“, kai Harvardo universiteto fizikai paskelbė sėkmingai pavertę vandenilį metalu – mokslininkai siekė tai atlikti ilgiau nei 80 metų.
Jie ne tik pagamino medžiagą, tačiau ir pirmieji išlaikė ją stabilią laboratorijoje, taip pagamindami vienintelį metalinio vandenilio bandinį Žemėje. Bet dabar komanda praneša blogą žinią – pavyzdys dingo.
Metalinis vandenilis buvo saugojamas maždaug 80 K temperatūroje (-193 °C), neįtikėtinai aukštame slėgyje tarp dviejų deimantų, savotiškuose spaustuvuose. Bet toliau tyrinėjant, deimantai prieš savaitę suskilo ir spaustuvai sulūžo, o metalinio vandenilio tyrėjai nerado nė pėdsako.
Tai nebūtinai reiškia, kad pavyzdys buvo sunaikintas – jis yra vos ~1,5 µm storio ir 10 µm diametro – penktadalio žmogaus plauko skersmens – tad, jis gali būti stabilus ir tiesiog kur nors nusimetęs. Bet taip pat gali būti, kad deimanto spaustuvų slėgiui sumažėjus, vandenilis vėl virto dujomis, kas rodytų, kad medžiaga nėra stabili normaliame slėgyje – tai viena iš medžiagos numatytų savybių. Komandos vadovas Isaac F. Silvera, metalinį vandenilį tiriantis daugiau nei 45 metus, sakė, kad kol kas jie negali spekuliuoti bandinio lemties klausimu.
„Iš esmės, jis pradingo, – sakė mokslininkas „ScienceAlert“ telefonu. – Jis arba kur nors kambario slėgyje, labai mažas, arba tiesiog vėl virto dujomis. Nežinome.“
Jis pripažino jaučiantis apmaudą, tačiau dabar jie sutelkė dėmesį į deimantinių spaustuvų tobulinimą, ir tikisi pagaminti kitą metalinio vandenilio pavyzdį per artimiausias kelias savaites.
„Rengiame naują eksperimentą, kuriuo patikrinsime ar galime atkurti pirmuoju bandymu pasiektą slėgį, ir vėl sukurti metalinį vandenilį“, – sakė jis.
Nesėkmė įvyko šeštadienį, vasario 11 dieną, kai komanda rengė bandinį gabenimui į Argonne nacionalinę laboratoriją Čikagoje tolesniems tyrimams. Kuo metalinis vandenilis toks svarbus? Kaip rodo pavadinimas, medžiaga yra metalinė vandenilio forma.
Vandenilis yra vienas iš geriausiai ištirtų elementų – ir natūralioje būsenoje vandenilis tikrai nėra metalas. Jis neblizga ir elektros srovės nepraleidžia. Bet 1935 metais mokslininkai iškėlė prielaidą, kad tam tikromis sąlygomis, paveikus aukštu slėgiu, vandenilis gali įgauti metalo savybes. Nuo tol mokslininkai bandė sukurti metalinį vandenilį laboratorijose – kas labai nelengva, nes reikia sukurti itin aukštą slėgį. Tačiau Silvera su komanda pernai spalį pagaliau tai atliko, panaudojusi du sintetinius deimantus kaip savotiškus spaustuvus.
Slėgiui augant, tyrėjai savo akimis matė, kaip permatomas mėginys patamsėjo, o paskui tapo blizgus ir metališkas. Tai buvo didžiulis pasiekimas, ne tik kaip koncepcijos įrodymas, bet ir dėl numatomų nuostabių metalinio vandenilio savybių – tokių, kaip superlaidumas, galimybė praleisti elektros srovę be varžos. Šios medžiagos jungtyse yra tiek daug energijos, kad ji galėtų būti naudojama kaip „galingiausias raketų kuras“.
Laukdama, kol jų tyrimas bus publikuotas praėjusio mėnesio žurnalo „Science“ numeryje, komanda laikė pavyzdį deimanto spaustuvuose itin žemoje temperatūroje, ir atliko pradinius testus. Svarbiausia, jie išmatavo bandinio atspindėjimo gebą ir patvirtino jo metališkumą.
Taip pat jie pašvietė mažos galios raudonu lazeriu ir išmatavo slėgį, kuris, remiantis šiais skaičiavimais buvo 465–495 GPa – maždaug 4 milijonus kartų didesnis už atmosferos slėgį jūros lygyje, ir beveik 20 kartų didesnis už slėgį, iš pradžių numatytą metalinio vandenilio gavimui.
Bet daugybės testų jie dar neatliko. Baimindamasi sunaikinti savo bandinį prieš pasirodant straipsniui, komanda nematavo, ar šis metalinis vandenilis skystas ar kietas. Jie taip pat neišmatavo jo elektrino laidumo, kas yra svarbi metalų savybė. Todėl buvo daug skepticizmo ir kontroversijos dėl paties metalinio vandenilio sukūrimo fakto.
„Nemanau, kad straipsnis yra įtikimas“, – praėjusį mėnesį „Nature“ sakė Paul Loubeyre, su tyrimu nesusijęs fizikas iš Prancūzijos atominės energijos komisijos Bruyères-le-Châtel.
Tolesniems bandymams Silvera ir jo komanda planavo nugabenti bandinį į sinchrotroną Argonne nacionalinėje laboratorijoje. Prieš siųsdami, jie mažos galios raudonu lazeriu dar kartą išmatavo sistemos slėgį. Bet šį kartą lazerio energija sistemą iškart sunaikino, ir vienas deimantas suiro.
„Vos įjungėme šviesą, deimantai sulūžo. Vienas – katastrofiškai, iš jo teliko milteliai, – paaiškino Silvera – Žinojome, kad taip buvo nutikę ir kitoms komandoms, bet manėme, kad esame saugūs. Bandymus jau buvome atlikę ir anksčiau, bet akivaizdžiai kažkas per tą laiką pasikeitė. Gal deimante radosi defektų, gal įsiskverbė vandenilis. Nežinome, kas nutiko.“ Silvera neabejoja, kad dabar jie sugebės pagaminti daugiau metalinio vandenilio – jei ne kitu eksperimentu, tai kiek vėlesniais. Ir jis tikisi, kad proceso pakartojimas padės įtikinti kai kuriuos abejojančius.
„Šis pavyzdžio dingimas nieko nesako apie apie paties pavyzdžio validumą. Visi dirbantys su aukštu slėgiu, žino, kad tokios nesėkmės nutinka. Svarbu, kad atlikome atspindėjimo matavimus ir jie yra patikimi, – sakė jis „ScienceAlert“. – Taigi, tai nėra nepavykęs bandymas, tiesiog apmaudu, kad negalėjome atlikti daugiau bandinio tyrimų.“
„Visada bus žmonių, nusiteikusių skeptiškai ir patarčiau jiems pabandyti šį eksperimentą atkurti - tiksliai išdėstėme viską, ką darėme, kad gautume aukštą slėgį ir pagamintume metalinį vandenilį laboratorijoje, kad kitos komandos galėtų irgi pabandyti, – pridūrė Silvera. – Toks ir yra mokslinis metodas, ir jis geresnis už vien skundimąsi mūsų rezultatais.“
Kitoje bandymų serijoje komanda naudos kito tipo sintetinius deimantus, kurie, tikimasi, bus stabilesni. Jie jau pasimokė ir kitą kartą nedelsdami atliks bandinio matavimus.
„Gali būti, kad ilgai laikant, bandinys kažkokiu būdu suyra, tad, vos tik dideliu slėgiu sukursime kitą bandinį, bandysime atlikti visus svarbius matavimus kaip įmanoma sparčiau“, – paaiškino Silvera. Linkime sėkmės ir atidžiai stebėsime darbus.
