Más de 80 años después de que se predijo, físicos han creado el hidrógeno metálico, una misteriosa forma de hidrógenos que es capaz de superconducir la electricidad sin resistencia en una temperatura ambiente.
Científicos ya venían sospechando que el hidrógeno podría existir como un metal en ciertas partes del Universo, pero es la primera vez que el hidrógeno metálico se ha creado en la tierra, y el material es muy extraño y fascinante.
“Este es el santo grial de la física en alta presión”, dijo el investigador Isaac F. Silvera, de la Universidad de Harvard. “Es la primera muestra de hidrógeno metálico en la Tierra, así que cuando lo ves, estás mirando algo que nunca antes había existido”.
La tabla periódica puede dividirse en dos categorías: metales y no metales. Entre muchas otras propiedades, los metales son lustrosos (brillantes), buenos conductores, y usualmente sólidos a temperatura ambiente, mientras que los no metales tienen un aspecto opaco y son conductores pobres.
Como la mayoría de nosotros aprendimos en la escuela secundaria, el hidrógeno -el primer elemento en la tabla periódica- es un no-metal.
Pero allá por 1935, investigadores predijeron que, bajo ciertas condiciones, este comúnmente estudiado elemento podría tener sus átomos tan unidos que el material no sólo podría tomar propiedades metálicas, sino que podría convertirse en un metal.
Pero esas condiciones no son fáciles de lograr, pues se tienen que lograr increíbles altas presiones en extremadamente bajas temperaturas, razón por la cual, después de 80 años y numerosos intentos, nadie había sido posible de comprobarlo hasta ahora. Silvera afirmó:
“La parte más emocionante es que presurizamos gas de hidrógeno a presiones suficientemente altas y la vimos convertir en un metal”.
Silvera ha estado tratando de crear hidrógeno metálico durante 45 años: “El hidrógeno pasó de ser transparente, no transparente y negro, y de repente se volvió brillante”, explicó. “Realmente podríamos ver que se convirtió en un metal.”
Usted puede ver este material, por primera vez en el planeta Tierra, a continuación:
El hidrógeno metálico ha sido la fuente de tanta especulación a lo largo de los años porque se prevé que tenga algunas propiedades increíbles. Más importante aún, los físicos piensan que el hidrógeno metálico podría ser un superconductor a temperatura ambiente, lo que significaría que el material podría conducir electricidad con cero resistencia, y sin tener que enfriarse primero a temperaturas super bajas.
Muchos materiales superconductores son usados para crear los potentes campos magnéticos máquinas de resonancia magnética y en trenes maglev; pero sólo son capaces de lograr superconductividad a temperaturas por debajo de 269 grados centígrados (452.2 grados Fahrenheit), lo que los hace costosos y no prácticos para muchos propósitos.
Si los científicos pudieran lograr esa misma superconductividad a temperatura ambiente, sería genial, porque significa que podríamos crear cosas como líneas eléctricas que no pierdan electricidad entre la planta de energía y nuestros hogares. En este momento, la red pierde hasta el 15 por ciento de su energía como calor, debido a la resistencia.
El material también podría ser el propulsor de cohetes más poderoso jamás descubierto, con una energía increíble almacenada en sus enlaces capaces de volar a mundos lejanos.
Para ser claros, el hidrógeno metálico que Silvera y su equipo han creado es sólo alrededor de 1 a 1,5 micras de espesor, y 10 micras de diámetro, por lo que es pequeño.
Y hasta que la revisión por pares había confirmado que su muestra era el trato real, estaban renuentes a realizar demasiadas pruebas en él, por lo que no tenemos pruebas hasta ahora que sugieran que el material es un superconductor. Eso es algo que será investigado en los próximos meses.
Pero por ahora, sabemos que la muestra es real, y ha estado estable en el laboratorio de Silvera desde octubre.
Para crear la muestra, el equipo atrapó gas hidrógeno dentro de un pequeño ataúd de diamante, lo enfrió a 5.5 Kelvin (-267.65 grados Celsius y -449.77 grados Fahrenheit) y lo puso bajo presión increíblemente alta.
Y cuando decimos alta presión, queremos decir alta presión. En 1935, se predijo que el hidrógeno metálico surgiría a 25 gigapascales (GPa) de presión. Pero Silvera y su equipo finalmente lo lograron a presiones entre 465 y 495 GPa – casi 20 veces más de lo previsto inicialmente.
Para la perspectiva, 1 GPa equivale a 1 millón de kilopascales (KPa), y la presión media al nivel del mar en la Tierra es 101.325 KPa.
El equipo rápidamente vio su cambio de apariencia, pero para verificar que lo que habían creado era hidrógeno metálico, utilizaron medidas espectroscópicas, incluyendo la medición de su reflectividad, y mostraron que lo que originalmente era un gas de hidrógeno estándar (H2) se había transformado en un metal atómico.
Ahora que sabemos que existe hidrógeno metálico, quedan muchas preguntas por responder. El más grande de estas es si el hidrógeno metálico es un líquido o un sólido, como los investigadores han predicho que podría ser ambos.
También están tratando de conectar el metal con corriente para probar si realmente es un superconductor a temperatura ambiente; algo que es posible si es un líquido o sólido.
Por extraño que parezca, Silvera dice que también es probable que el hidrógeno metálico sea metaestable, lo que significa que incluso si libera la presión, permanecerá metálico.
Un ejemplo común de un material metaestable es el diamante, que es una forma metaestable de carbono. Para hacer diamante, se pone el grafito bajo presión y alto calor -algo que sucede naturalmente bajo la superficie de la Tierra. Pero incluso cuando se cavan diamantes fuera de la tierra, siguen siendo diamantes.
Hay momentos emocionantes por delante, y muchos más descubrimientos que se harán. Pero hoy hemos demostrado que el más común de todos los elementos del Universo puede existir en una forma completamente nueva.
