Странное новое состояние созданного водорода

	Артистическое представление водородной молекулы, сжимаемой до супервысокого давления с помощью ромбовидных наковален.	Фото: Филип Даллэдей-Симпсон и Юджин Грегорайанз

Самым легким элементом сокрушительной Земли с ошеломляющими давлениями ученые показали полностью новое состояние вещества: водород фазы V.

Хлюпавший водород является предшественником состояния вещества, сначала предложенного в 1930-х, названного атомарным твердым металлическим водородом. Когда охлаждено к достаточно низко температурам, водород (который на Земле обычно находится как газ) может стать телом; в достаточно высоко давлениях, когда элемент укрепляется, он превращается в металл. Планетарные ученые думают, что внутренняя часть Юпитера в основном сделана из материала.

И так, в сокрушительном водороде в таком высоком давлении, физики также получили проблеск внутренней атмосферы газового гиганта, где давления достигают миллионы (Земли) атмосфер. 

Сокрушительный водород

В Эдинбургском университете в Шотландии докторант Филип Даллэдей-Симпсон и его коллеги Росс Хоуи и Юджин Грегорайанз помещают небольшое количество водорода между двумя ромбовидными наковальнями, и набранный давление на 384 gigapascals, или 55 миллионов фунтов за квадратный дюйм (psi). Для сравнения атмосфера Земли является 100 kilopascals, или 15 фунтов за квадратный дюйм, на уровне моря. На Юпитере вес атмосферы поражает 29 миллионов фунтов на квадратный дюйм приблизительно в 10 000 миль на 16 000 километров ниже облачных вершин, и модели предполагают, что это - то, где водород может принять форму жидкого металла.

В этом случае, когда давление поразило 325-gigapascal метку, или 47 миллионов фунтов на квадратный дюйм, водород стал телом с уровнями формирования атомов, чередовавшимися между организованными и смешанными расположениями. Это - первый раз, когда любой видел эту форму элемента в близко к комнатной температуре (приблизительно 300 градусов Келвин или приблизительно 80 градусов по Фаренгейту), сказали ученые.

«Это при намного более высоких давлениях и намного более высоких температурах», чем предыдущая работа, Даллэдей-Симпсон сказал Живую Науку. Жидкий водород обычно создается в промышленности при криогенных температурах с давлениями в десятках атмосфер, но никто еще не охладил элемент достаточно для укрепления его, сказал Даллэдей-Симпсон. 

Температура кипения любого вещества имеет тенденцию повышаться с давлением (и с другой стороны, для падения, когда давление отбрасывает). Это - то, почему инструкции полуфабриката отличаются, если Вы живете в Денвере — водное кипение при более низкой температуре в более высокой высоте. С водородом только огромные давления, произведенные в лаборатории (или внутренняя часть газового гиганта), начнут сжижать и в конечном счете укреплять газ, когда это будет при некриогенных температурах, как те на поверхности Земли.

Создание металлического водорода

В 2011 команда ученых из Института Макса Планка Химии в Майнце, Германия, сказала, что они создали металлический водород, но то требование позже прибыло под некоторым огнем от других ученых и полностью никогда не подтверждалось.

Даллэдей-Симпсон сказал, что его команда не делала металла, но они приблизились, и в процессе нашел новую фазу водорода. Любой материал прибывает в различные фазы. Хотя тело, жидкость и газ являются знакомыми фазами, существуют другие, появляющиеся при чрезвычайных условиях.

Это происходит, потому что сжатие водорода спрессовывает отдельные атомы. Если бы Вы просто охладили обычный водород с H2 формулы, то в конечном счете это сформировало бы подобное льду тело, с каждым атомом будет соединен с один другой, но не как строго другим парам. «Когда мы используем давление, мы вынуждаем молекулы взаимодействовать», сказал Даллэдей-Симпсон. Давление делает атомы вместе со всеми их соседями, и связи H2 начинают повреждаться.

Для тестирования новой формы водорода исследователи запустили лазер в него и наблюдали путь длина волны измененного света. Это сказало им о новой структуре материала.

«Эта бумага не требует металлического состояния, но утверждает, что это - предшественник металлического состояния из-за общих черт между тем, что мы видим экспериментально и что предсказано теоретически для твердого металлического водорода», сказал Хоуи, который является теперь научным сотрудником из Центра Научного & Технологического Перспективного исследования Высокого давления в Китае.

Исследователи сказали, что они не уверены, что это - металл, потому что они не могли протестировать проводимость, сказал Даллэдей-Симпсон. Промежуток между ромбовидными наковальнями является столь небольшим, что электроды для тестирования проводимости не соответствовали бы.

Сокрушительные ромбы

Быть определенным водородом взяло металлическое состояние (без теста проводимости), команда должна была достигнуть еще более высоких давлений, по крайней мере до 400 - 450 gigapascals, сказали ученые.

Те давления могли бы превзойти пределы для ромбовидных наковален, которые могут разрушиться, сказал Даллэдей-Симпсон. В будущих экспериментальных выполнениях команда надеется увеличить давления и видеть, как далеко могут пойти наковальни.

Другие методы, помимо текущей установки, не предоставляют себя также водороду. «Водород невероятно трудно содержать при таких условиях, поскольку это очень легко, таким образом, это может распространиться через материалы, и очень реактивный, так может сформировать составные объекты легко», сказал Хоуи.

Даллэдей-Симпсон сказал, что он не напуган, тем не менее, и планирует продолжить продвигать — или сокрушительный, как это происходит. Теоретические прогнозы также предполагают, что жидкий металлический водород мог бы также быть сверхпроводником комнатной температуры.