Fyzici i vodík pod tlakem. Kovový vodík dává naději na průlom v osmdesátiletém výzkumu
TLDR verze: Vytvořit kovový vodík je snem fyziky už po osm dekád. Opět se objevuje tvrzení, se že toho podařilo dosáhnout. Ale zdali je to i realita… na to musíme počkat. Nerecenzovaná studie tu.
Co je komu do vodíku?
Lidé, podle slov klasika, ze sebe vydávají to nejlepší, až když jsou pod tlakem. Pravdou ale je, že takto je tomu nejenom u lidí. I některé prvky, jejichž vlastnosti za normálních okolností dobře známe, se po vystavení extrémnímu tlaku skoro až magicky mění. Vezměme si třeba nejjednodušší z prvků, vodík. Jeho stlačená podoba nedává molekulárním vědcům spát už asi osmdesát let.
V průlomovém článku z roku 1935 s pragmatickým názvem On the possibility of a metallic modifications of hydrogen pánové Winger a Huntington načrtli fantastickou teoretickou možnost. Popsali, jak se z vodíku pod vysokým tlakem stává materiál s vlastnostmi kovu a tudíž vodík, který je… inu, vodivý.
Proč je ale o nejrozšířenější prvek ve známém vesmíru v tomto smyslu takový zájem? Podíl na tom má jiný článek datovaný do roku ‘68. V něm britský fyzik Neil Ashcroft přišel s hypotézou, že vodík v kovovém stavu není jen vodivý, ale rovnou supravodivý. A to, prosím pěkně, snad i za normálních teplot i podmínek. Vodík byste mohli stlačit, vytáhnout, postavit do obýváku a možná tím dojít k revoluci v elektronice. A karty jsou takříkajíc na stole!
Problém je, jak už to tak bývá, v provedení. Víme, že kovový vodík se vytváří při tlaku větším, než je ten v jádru naší planety. Odhaduje se, že se přirozeně nachází v nitru Jupiteru a Saturnu. Ostatně, planetární útroby vytváření nejrůznější exotický matroš. Vytvořit ho ale laboratorně nebylo donedávna zrovna jednoduché – a z Jupitera ho brčkem zatím nevysajeme. Až nové poznatky materiálové fyziky daly vědcům do rukou nástroje, které nás k jeho vytvoření přibližují.
Objev na Nobelovu cenu?
Ale možná jsme k průlomu blízko. Paul Loubeyre a výzkumníci spjatí s Francouzským výborem pro atomovou energii ve svém posledním článku (publikovaném zatím na serveru arXiv) tvrdí, že se jim podařilo kovový vodík vyrobit! Možná. Dosáhli tlaku, kdy probíhá degenerace elektronů v molekule vodíku natolik, že pozdější testy prokázaly jeho kovový stav. Ke stlačení použili zcela nový diamantový hrot se špicí ve tvaru toroidu (což je velmi laicky řečeno, tvar koblihy).
Při tlaku kolem 425 GPa a teplotě 80 Kelvinů pak přišla ke slovu spektrometrie. Ta dle autorů potvrdila, že vzhledem k tomu, že vzorek pohltil všechno infračervené záření se materiál díky těsným vazbám elektronů stal vodivým a tudíž nevyžaduje žádné vnější působení, aby vedl elektrický proud. Podotknu ještě, že infračervený mikroskop, který výzkumníci použili, sestavili speciálně pro tento účel.
Objev opět vyvolal spoustu odezvy, ale i skepticismu. A to i díky některým předchozím „objevům“ z tohoto pole. Jen dva roky nazpět se objevilo podobné tvrzení. Jeho autoři však nebyli ochotni následné testovací měření údajného vzorku opakovat s tím, že by se vzorek mohl poškodit. Logicky, přišla vlna negativních ohlasů.
Mnozí upozorňovali na to, že malým zázrakem je už jen dosažení kýženého tlaku s použitím diamantového hrotu. Po více než roce tým slíbil další měření, ale vzorek se kamsi ztratil. Nejspíš spadl do měřícího zařízení. Nebo nikdy neexistoval. 😀
Čekání, čekání, všechny zhouby zahání
Ve vší úctě k novému objevu z Francie je i nyní nutné počkat. Jednak na další měření a pak i na recenzní řízení, než bude moci být článek uveřejněn v odborném časopise. Nynější studie totiž vyšla jenom na serveru arXiv, kde může kdokoliv publikovat cokoliv. Studie byla sice přijata k publikaci i ve vznešenějším vědeckém análu, ale zatím neznáme výstup této části byrokracie.
Ke cti Frantíků je třeba uznat, že se jim možná skutečně podařil zatím nejsilnější dosažený tlak. To by naznačovalo, že se pohybujeme vstříc šťastnému konci. Jak už to ale chodí, reálné výsledky budou ještě vyžadovat čas. I přes nespornou kredibilitu výzkumníků tak zůstane komunita rozpolcena. Doufejme, že se mezitím jejich materiál opět nevypaří. Snad tentokrát obstojí tlaku jak daný vzorek, tak především jeho autoři.
[JH, LL]
Pokud by na kovový vodík skutečně došlo, rozhodně by to byl jeden z nej objevů roku! Připomeňte si ty z loňského roku:
Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.
