Os cientistas há muito especulam que no coração de uma gigante de gás, as leis da física material passam por algumas mudanças radicais. Nestes tipos de ambientes de extrema pressão, o gás hidrogênio é comprimido ao ponto de se tornar um metal. Por anos, os cientistas têm procurado uma maneira de criar hidrogênio metálico sinteticamente por causa das infinitas aplicações que ele ofereceria.
No momento, a única maneira conhecida de fazer isso é comprimir átomos de hidrogênio usando uma bigorna de diamante até que eles mudem de estado. E depois de décadas de tentativas (e 80 anos desde que foi teorizado pela primeira vez), uma equipe de cientistas franceses pode ter finalmente criado hidrogênio metálico em um ambiente de laboratório. Embora haja muito ceticismo, há muitos na comunidade científica que acreditam que essa última afirmação pode ser verdadeira.
O estudo que descreveu seu experimento, intitulado " Observação de uma transição de fase de primeira ordem para o metal hidrogênio perto de 425 GPa ", apareceu recentemente no servidor de pré-impressão arXiv. A equipe foi composta por Paul Dumas, Paul Loubeyre, e Florent Occelli, três pesquisadores da Divisão de aplicações militares (DAM) nas Energias Alternativas franceses e da Comissão de Energia Atómica ea Synchrotron SOLEIL centro de pesquisa.
Este corte ilustra um modelo do interior de Júpiter, com um núcleo rochoso coberto por uma camada profunda de hidrogênio metálico líquido. Crédito: Kelvinsong / Wikimedia Commons
Como indicam em seu estudo, é indiscutível que “o hidrogênio metálico deveria existir” graças às regras do confinamento quântico. Especificamente, eles indicam que, se os elétrons de qualquer material forem restritos o suficiente em seu movimento, o que é conhecido como o “fechamento do gap” acabará ocorrendo. Em suma, qualquer material isolante (como o oxigênio) deve ser capaz de se tornar um metal condutor se estiver suficientemente pressurizado.
Eles também explicam como dois avanços tornaram seu experimento possível. O primeiro tem a ver com a configuração de bigorna de diamante que eles usaram, onde as pontas de diamante eram em forma de toróide - um toro com um buraco no meio (como um donut) - em vez de plano. Isso permitiu que a equipe fosse capaz de ultrapassar o limite de pressão anterior estabelecido por outras bigornas de diamante (400 GPa) e chegar a 600 Gpa.
O segundo envolveu um novo tipo de espectrômetro infravermelho que a equipe de pesquisa projetou na instalação Synchrotron SOLEIL, o que lhes permitiu medir a amostra. Uma vez que sua amostra de hidrogênio atingiu pressões de 425 GPa e temperaturas de 80 K (-193 ° C; -316 ° F), eles relataram que começaram a absorver toda a radiação infravermelha, indicando que haviam "fechado o gap".
Esses resultados atraíram sua parcela de críticas e ceticismo, em grande parte porque alegações anteriores, segundo as quais o hidrogênio metálico teria sido criado, provaram ser falsas ou inconclusivas. Além disso, este último estudo ainda não foi revisado por pares e seu experimento foi validado por outros físicos.
Vista aérea da instalação Síncrotron SOLEIL. Fonte: C. Kermarrec / Synchrotron SOLEIL
No entanto, a equipe francesa e seus resultados experimentais têm alguns aliados poderosos. Uma pessoa é Maddury Somayazulu , professor associado de pesquisa no Laboratório Nacional Argonne, que não esteve envolvido neste estudo. Como ele disse em uma entrevista com o Gizmodo :
“Eu acho que isso é realmente uma descoberta digna do prêmio Nobel. Sempre foi, mas isso provavelmente representa um dos trabalhos mais limpos e abrangentes de hidrogênio puro. ”
Somayazulu também expressou que conhece muito bem o principal autor do estudo, Paul Dumas, e que Dumas é um "cientista incrivelmente cuidadoso e sistemático". Outro físico que falou positivamente sobre este último experimento é Alexander Goncharov , cientista da equipe do Instituto Carnegie. para o Laboratório Geofísico da Science .
Em 2017 , ele expressou dúvidas quando uma equipe de pesquisa do Laboratório Lyman de Física da Universidade de Harvard afirmou ter criado hidrogênio metálico usando um processo similar. Mas como Goncharov contou ao Gizmodo sobre este último experimento:
“Eu acho que o artigo contém algumas boas evidências sobre o fechamento do gap de hidrogênio. Algumas interpretações estão incorretas e alguns dados podem ser melhores, mas eu geralmente acredito que isso é válido ”.
Top: imagens microscópicas das etapas do experimento 2017 de Dias e Silvera. Crédito: Isaac Silvera; Inferior: As imagens de palco fornecidas por Dumas (et al.), A imagem central mostrando a formação de hidrogênio metálico. Crédito: Loubeyre et al (arXiv 2019)
Como material sintético, o hidrogênio metálico também teria infinitas aplicações. Primeiramente, acredita-se que ele tenha propriedades supercondutoras à temperatura ambiente e seja metaestável (o que significa que ele reterá sua solidez quando for trazido de volta à pressão normal). Essas propriedades tornariam incrivelmente útil quando se trata da revolução que já está em andamento na eletrônica.
Também seria uma benção para os cientistas envolvidos em pesquisa e física de alta energia, como o que está sendo atualmente conduzido no CERN. Além de tudo isso, permitiria aos astrofísicos, pela primeira vez, estudar como são as condições no interior dos planetas gigantes sem realmente precisar despachar sondas para explorá-los.
A este respeito, o hidrogênio metálico é muito parecido com a fusão a frio. Dadas as imensas recompensas, qualquer um que alega ter conseguido isso naturalmente enfrentará algumas questões difíceis. Tudo o que podemos fazer é esperar que os últimos experimentos tenham sido bem-sucedidos e celebrar ou esperar pela próxima tentativa.
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