Группа исследователей из Сандийских национальных лабораторий (Sandia National Laboratories, США) совместно с другой группой из Ростокского университета (Германия) провели успешный опыт по сжатию жидкого дейтерия в состояние, которое проявляет свойства металла. В научной работе, которая опубликована в журнале Science, учёные описывают этапы эксперимента, который приближает их к окончательной цели — получению цельного металлического водорода.

На иллюстрации вверху — схематическая диаграмма состояний водорода. На ней изображены четыре известных твёрдых состояния от I до IV, два известных жидких состояния и предсказанное состояние атомной жидкости. Синие окружности означают вращение квантовых молекул, а волнистые линии соответствуют запутанному состоянию. Прямые линии находятся там, где расчёты показывают существование ковалентной связи.

В 1935 году физики Хиллард Белл Хантингтон (Hillard Bell Huntington) и Юджин Вигнер (Eugene Wigner) впервые выдвинули теорию, что водород может существовать в металлическом состоянии, когда разрываются связи между атомами и появляются свободные электроны.

Для получения металлического водорода требуется только одна вещь: большое давление. С тех пор многие физики пытались доказать справедливость теории Хантингтона и Вигнера, но безуспешно.

В последнем эксперименте исследователи применили новый способ повышения давления без нежелательных побочных эффектов.

До сих пор для создания максимального давления использовались алмазные наковальни, где вещество сдавливалось между наконечниками двух алмазов. Прежние эксперименты показали, что таким способом можно сжать вещество с большой концентрацией водорода до металлоподобного состояния.

В эксперименте Сандийских национальных лабораторий решили пойти другим путём и для сжатия вещества использовали машину Sandia Z (Z-Машина) — экспериментальную установку и один из крупнейших в мире источников рентгеновского излучения. Она способна генерировать поля до 20 мегагауссов.


Z-Машина

Сжав образец, по электроду возле контейнера с дейтерием наносили мощный удар током от Z-Машины. Ударная волна проходила через контейнер и сжимала вещество ещё сильнее. В это время учёные проводили мониторинг, как материал отражает свет, общепринятый способ распознать металл.

После сжатия вещества оно перестало быть прозрачным, а стало отражать свет. По мнению исследователей, это явное доказательство того, что вещество превратилось из изолятора в металл.

Данный эксперимент — самая удачная на сегодняшний день попытка получить металлический водород, существование которого предсказано 80 лет назад. Над решением задачи бьются и другие группы исследователей.

Кроме чисто экспериментальных результатов, получение металлического водорода имеет и научное значение. Эксперимент покажет, какое давление необходимо для такой трансформации. Это полезная информация, например, для изучения других планет и звёзд: мы узнаем, при каких условиях может происходить такой процесс.



Например, существование металлического водорода могло бы объяснить феномен Сатурна, который слишком горяч для своего возраста: при реальном возрасте 4,5 млрд лет компьютерное моделирование даёт ему всего 2,5 млрд лет из-за слишком высокой температуры.