Wissenschaftler kommen dem Erhalt von metallischem Wasserstoff nahe

Eine Gruppe von Forschern der Sandia National Laboratories (Sandia National Laboratories, USA) führte zusammen mit einer anderen Gruppe der Universität Rostock (Deutschland) ein erfolgreiches Experiment zur Komprimierung von flüssigem Deuterium in einen Zustand durch, der die Eigenschaften eines Metalls aufweist. In einer in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten wissenschaftlichen Arbeit beschreiben Wissenschaftler die Phasen eines Experiments, das sie ihrem endgültigen Ziel näher bringt - der Produktion von festem metallischem Wasserstoff.

Die obige Abbildung ist eine schematische Darstellung des Wasserstoffzustands. Es zeigt vier bekannte feste Zustände von I bis IV, zwei bekannte flüssige Zustände und den vorhergesagten Zustand einer atomaren Flüssigkeit. Blaue Kreise zeigen die Rotation von Quantenmolekülen an, und Wellenlinien entsprechen einem verschränkten Zustand. In geraden Linien zeigen Berechnungen die Existenz einer kovalenten Bindung.

Die Physiker Hillard Bell Huntington und Eugene Wigner stellten 1935 erstmals die Theorie auf, dass Wasserstoff in einem metallischen Zustand existieren kann, wenn Bindungen zwischen Atomen brechen und freie Elektronen auftreten.

Zur Herstellung von metallischem Wasserstoff ist nur eines erforderlich: hoher Druck. Seitdem haben viele Physiker versucht, die Theorie von Huntington und Wigner zu beweisen, aber ohne Erfolg.

In einem kürzlich durchgeführten Experiment verwendeten die Forscher einen neuen Weg, um den Blutdruck ohne unerwünschte Nebenwirkungen zu erhöhen.

Bisher wurden Diamantambosse verwendet, um einen maximalen Druck zu erzeugen, bei dem die Substanz zwischen die Spitzen zweier Diamanten gedrückt wurde. Frühere Experimente haben gezeigt, dass es auf diese Weise möglich ist, eine Substanz mit einer hohen Wasserstoffkonzentration in einen metallähnlichen Zustand zu komprimieren.

In einem Experiment in den Sandian National Laboratories entschieden sie sich für den umgekehrten Weg und verwendeten die Sandia Z-Maschine (Z-Machine), einen Versuchsaufbau und eine der weltweit größten Röntgenquellen, um die Substanz zu komprimieren. Es ist in der Lage, Felder von bis zu 20 Megauss zu erzeugen.


Z-Maschine

Beim Auspressen der Probe wurde ein starker elektrischer Schlag von der Z-Maschine auf die Elektrode in der Nähe des Deuteriumbehälters ausgeübt. Die Stoßwelle ging durch den Behälter und drückte die Substanz noch mehr zusammen. Zu dieser Zeit beobachteten Wissenschaftler, wie das Material Licht reflektierte, eine übliche Methode, um Metall zu erkennen.

Nach dem Komprimieren der Substanz war sie nicht mehr transparent und begann, Licht zu reflektieren. Laut Forschern ist dies ein klarer Beweis dafür, dass sich die Substanz von einem Isolator zu einem Metall gewandelt hat.

Dieses Experiment ist der bislang erfolgreichste Versuch, metallischen Wasserstoff zu erhalten, dessen Existenz vor 80 Jahren vorhergesagt wurde. Andere Forschergruppen haben ebenfalls Probleme, das Problem zu lösen.

Neben rein experimentellen Ergebnissen ist die Herstellung von metallischem Wasserstoff von wissenschaftlicher Bedeutung. Das Experiment wird zeigen, welcher Druck für eine solche Transformation notwendig ist. Dies sind nützliche Informationen, zum Beispiel, um andere Planeten und Sterne zu untersuchen: Wir werden herausfinden, unter welchen Bedingungen ein solcher Prozess stattfinden kann.



Zum Beispiel könnte die Existenz von metallischem Wasserstoff das Phänomen des Saturn erklären , das für sein Alter zu heiß ist: In einem realen Alter von 4,5 Milliarden Jahren liefert die Computersimulation aufgrund einer zu hohen Temperatur nur 2,5 Milliarden Jahre.

Source: https://habr.com/ru/post/de381035/