ناپدید شدن نمونه هیدروژن فلزی ساخته شده در دانشگاه هاروارد
زومیت؛ دانشمندان در ماه گذشته به جام مقدس دنیای فیزیک مرتبط با فشارهای بالا دست یافتند. در آن هنگام فیزیکدان‌های دانشگاه هاروارد ادعا کردند که موفق شده‌اند هیدروژن را به فلز تبدیل کنند؛ این چیزی بود که محققان برای رسیدن به آن بیش از ۸۰ سال تلاش کرده بودند.
اما گروه پژوهشی مرتبط با آن دستاورد، نه‌تنها توانسته بودند چنین ماده‌ای را بسازند، بلکه علاوه بر آن موفق شده بودند برای اولین بار آن را در آزمایشگاه به‌صورت پایدار حفظ کنند که چنین کاری آن را به تنها نمونه‌ای از هیدروژن فلزی در هر نقطه‌ای از کره‌ی زمین بدل می‌ساخت. اما در حال حاضر این تیم پژوهشی یک خبر بد را در رابطه با دستاورد خود اعلام کرده‌اند: نمونه‌ی ساخته‌شده ناپدید شده است.
اما آزمایش‌های بیشتری که حوالی یک هفته‌ی پیش انجام شدند، منجر به شکسته شدن الماس و در نتیجه از هم پاشیده شدن گیره‌ی نگه‌دارنده شدند. این در حالی است که پژوهشگران تا به این لحظه هنوز قادر به پیدا کردن اثری از هیدروژن فلزی ساخته‌شده در آزمایش خود نبوده‌اند.
البته خبر اخیر لزوما به این معنی نیست که نمونه‌ی هیدروژنی نابود شده است. در واقع باید توجه داشته باشیم که ضخامت آن قطعه حدود یک‌پنجم قطر یک رشته از موی انسان است و به عبارتی، نمونه‌ی هیدروژنی یادشده تنها در حدود ۱.۵ میکرومتر ضخامت و ۱۰ میکرومتر قطر دارد و بنابراین امکان آن کاملا وجود دارد که در جایی به‌صورت پایدار قرار داشته باشد یا اینکه در جایی گم شده باشد.
از سویی احتمال نابود شدن نمونه نیز وجود دارد؛ این امکان وجود دارد که با از میان رفتن فشار گیره‌ی نگه‌دارنده‌ی الماس، هیدروژن مجددا به حالت گاز برگشته باشد. چنین وضعیتی ما را به این نتیجه می‌رساند که ماده‌ی ساخته‌شده در دمای اتاق پایدار نیست. حالت اخیر یکی از ویژگی‌های پیش‌بینی شده برای این ماده است.
ایزاک سیلوِرا، سرپرست تیم پژوهشی که بیش از ۴۵ سال صرف کار در زمینه‌ی هیدروژن فلزی کرده، در این باره گفته است که در حال حاضر آن‌ها نمی‌توانند ارزیابی صحیحی از سرنوشت نمونه‌ی هیدروژنی داشته باشند. وی همچنین در گفتگوی خود با ساینس‌آلرت اظهار کرده است که:
اساسا می‌توان گفت که این ماده ناپدید شده است، ماده‌ی نمونه یا در جایی از محل آزمایش و در دمای اتاق وجود دارد یا اینکه دوباره به حالت گاز برگشته است. ما هنوز به‌طور دقیق نمی‌دانیم.
او به هر حال به ناامیدی خودش و تیم پژوهشی اذعان می‌کند، اما آن‌ها در حال حاضر بر ایجاد یک نگه‌دارنده‌ی الماس بهبودیافته با عملکرد بهتر تمرکز کرده‌اند و امیدوارند بتوانند در هفته‌های آینده یک نمونه‌ی دیگر از هیدروژن فلزی تولید کنند. او گفت:
ما در حال آماده‌سازی یک آزمایش جدید هستیم تا ببینیم آیا ما می‌توانیم فشاری را که برای اولین بار به دست آورده بودیم، بازسازی و ماده‌ای همانند هیدروژن فلزی اولیه‌مان را دوباره تولید کنیم یا خیر.
شکست اخیر در روز شنبه، ۱۱ فوریه روی داد؛ زمانی که تیم در حال آماده شدن برای بسته‌بندی نمونه و انتقال آن به آزمایشگاه ملی آرگون در شیکاگو برای آزمایش‌های بیشتر بودند.
شاید این پرسش پیش بیاید که هیدروژن فلزی چرا تا این حد موضوع مهمی تلقی می‌شود؟ باید بگوییم همان‌طور که از نامش پیدا است؛ ماده‌ی فوق، شکل فلزی از عنصر هیدروژن است. هیدروژن یکی از عناصری است که با کیفیت خوبی در دنیای علم مورد مطالعه قرار گرفته است و در حالت طبیعی خود قطعا یک فلز به شمار نمی‌رود. این ماده براق نیست و همچنین الکتریسیته را هدایت نمی‌کند.
اما در سال ۱۹۳۵، محققان پیش‌بینی کرده بودند که تحت شرایط خاصی با فشار بالا، هیدروژن می‌تواند دارای خواص فلزی باشد. از آن زمان، دانشمندان در تلاش بوده‌اند تا هیدروژن فلزی را در آزمایشگاه تولید کنند. چنین هدفی گاهی اوقات به خاطر فشارهای بسیار بالایی که آن‌ها نیازمند حفظ آن هستند، تا حدودی مضحک به نظر می‌رسید. اما سیلورا و تیم او در نهایت با استفاده از دو الماس مصنوعی به‌عنوان نوعی نگه‌دارنده موفق به انجام این کار در ماه اکتبر سال گذشته شدند.
با افزایش فشار، محققان در واقع با چشم خود مشاهده کردند که نمونه‌ی هیدروژنی از یک حالت شفاف به حالتی تیره و سپس به حالتی براق و فلزی تبدیل شده است. چنین رویدادی یک اتفاق بزرگ تلقی می‌شد؛ به‌عنوان اثبات یک مفهوم و علاوه بر آن، به این دلیل که بر پایه‌ی پیش‌بینی انجام‌شده، هیدروژن فلزی دارای برخی از خواص بسیار دیوانه‌وار و مفید است! از جمله‌ی این خواص می‌توان به ابررسانا بودن آن اشاره کرد که باعث می‌شود بدون هیچ مقاومتی بتواند جریان الکتریکی را انتقال دهد.
هیدروژن فلزی همچنین انرژی زیادی در لایه‌های خود ذخیره می‌کند و این فرایند می‌تواند به‌عنوان قوی‌ترین سوخت پیشرانه‌ی موشکی به کار رود که تا به حال کشف شده است.
در حالی که تیم پژوهشی منتظر انتشار دستاوردهای خود در مجله‌ی ساینس بودند، نمونه‌ی ساخته‌شده را نیز در دمای بسیار سرد و در نگه‌دارنده‌ی الماسی حفظ می‌کردند و آزمایش‌های اولیه را روی نمونه‌ی خود انجام می‌دادند. از مهم‌ترین اقدام‌های آن‌ها در این مرحله می‌توان به اندازه‌گیری میزان بازتابندگی ماده برای اثبات فلز بودن آن اشاره کرد.
آن‌ها همچنین پرتوی لیزر قرمزی را به مجموعه‌ی نمونه تاباندند تا فشار را اندازه‌گیری کنند که این فشار بر حسب محاسبات صورت گرفته باید بین ۴۶۵ تا ۴۹۵ گیگاپاسکال می‌بود. فشار فوق حدود ۴ میلیون برابر بیشتر از فشار جو در سطح دریا روی زمین و نزدیک به ۲۰ برابر فشاری است که در ابتدا به‌عنوان میزان فشار مورد نیاز برای رسیدن به هیدروژن فلزی پیش‌بینی می‌شد.
اما آن‌ها هنوز بسیاری از آزمون‌های لازم را انجام نداده بودند. آن‌ها همچنین با احتیاط از اینکه شاید نمونه‌ی ساخته‌شده‌شان را پیش از انتشار مقاله‌ی علمی مرتبط با پژوهش از بین ببرند، از انجام اندازه‌گیری برای تشخیص اینکه هیدروژن فلزی آن‌ها به‌صورت مایع بوده است یا جامد خودداری کردند. آن‌ها همچنین آزمایشی را برای سنجش توانایی هدایت الکتریکی نمونه‌ی ساخته‌شده انجام نداند و همان‌طور که می‌دانیم هدایت الکتریکی یکی از مهم‌ترین خواص فلزات است.
به‌عنوان یک نتیجه، شک و تردید و اختلاف بسیاری وجود دارد پیرامون اینکه آیا آن‌ها اصلا در وهله‌ی نخست موفق به ساخت هیدروژن فلزی ساخته شده‌اند یا خیر. پل لوبر، فیزیکدانی که در کمیسیون انرژی اتمی فرانسه فعالیت دارد و در این پژوهش نقشی نداشته است، ماه پیش در گفتگو با Nature گفت:
به باور من این مقاله به هیچ عنوان همه‌ی افراد را قانع نمی‌کند.
سیلورا و تیم او برنامه‌ریزی کرده بودند تا برای انجام آزمایش‌های بیشتر، نمونه را به سنکروترون واقع در آزمایشگاه ملی آرگون ارسال کنند. آن‌ها پیش از ارسال، از یک لیزر کم‌توان با پرتو قرمز برای اندازه‌گیری فشار سیستم برای بار آخر استفاده کردند. اما این بار انرژی لیزر، سیستم را بلافاصله نابود کرد و باعث از هم پاشیده شدن یکی از الماس‌ها شد. سیلورا در این باره چنین توضیح داد:
زمانی که ما پرتو رو روشن کردیم، ناگهان الماس‌ها دچار شکستگی شدند و یکی از آن‌ها به‌طور فجیعی به پودر تبدیل شد. این یکی از مواردی است که ما می‌دانستیم برای تیم‌های دیگر هم اتفاق افتاده است، اما ما تصور می‌کردیم که شاید ما از آن ایمن شده باشیم؛ چرا که آن را پیش‌تر تست کرده بودیم، اما آن‌طور که از ظاهر امر پیدا است شاید چیزی در طول زمان تغییر کرده است. شاید انتشار هیدروژن رخ داده باشد. ما نمی‌دانیم چه رخ داده است.
سیلورا باور دارد که آن‌ها در آینده قادر خواهند بود نمونه‌های بیشتری از هیدروژن فلزی بسازند و همچنین معتقد است که تکرار این چرخه می‌تواند شک و تردید برخی از دانشمندان دیگر را از میان بردارد. وی باور دارد که:
ناپدید شدن نمونه هیچ ایرادی به صحت کار وارد نمی‌کند. هر کسی که در زمینه‌ی آزمایش‌های فشار بالا فعالیت کند، می‌داند که این رویدادها محتمل هستند. نکته‌ی مهم اندازه‌گیری‌هایی است که ما درباره‌ی بازتابندگی ماده انجام داده‌ایم و آن اندازه‌گیری‌ها بسیار مستدل هستند. بنابراین اتفاق اخیر به‌منزله‌ی عقب‌نشینی نیست، ما تنها از این ناامید شدیم که می‌توانستیم اندازه‌گیری‌های بیشتری روی نمونه انجام دهیم.
همیشه افرادی هستند که به آزمایشها شک و تردید دارند و توصیه‌ی من به آن‌ها این است که سعی کنند خودشان هم آزمایشها را بازسازی کنند. ما به‌طور دقیق تشریح کرده‌ایم که برای رسیدن به فشار بسیار بالا و ساخت نمونه چه کاری انجام شده است؛ بنابراین سایر گروه‌ها هم می‌توانند آن روند را انجام دهند. روش علمی به همین صورت است و این کار بهتر از شکایت و ایراد گرفتن از کار گروه ما است.
اعضای گروه پژوهشی قصد دارند در آزمایش بعدی خود از ترکیب‌های الماسی قوی‌تری استفاده کنند تا شاید میزان پایداری آن‌ها بیشتر باشد. آن‌ها همچنین درس‌هایی را که می‌باید، از این شکست گرفته‌اند و در آزمایش‌های بعدی نباید نمونه را پیش از انجام اندازه‌گیری‌های لازم و ضروری، به همان صورت نگه دارند. سیلورا در این باره توضیح می‌دهد:
این امکان وجود دارد که نگه داشتن نمونه در یک حالت باعث افت کیفیت و پایداری آن شود و ما تصمیم گرفته‌ایم در دفعاتی بعدی که به چنین فشار بالایی دست پیدا می‌کنیم، اندازه‌گیری‌های لازم را به‌سرعت انجام دهیم. ما با مراحل کار آشنا هستیم و به‌زودی نتایج کار خود را خواهیم دید.
