Dünyada İlk Defa Metalik Hidrojen Üretildi!

Metalik hidrojen teorisinin ortaya atılmasından 80 yıl sonra bir grup fizikçi pratikte üretmeyi başardı. Ortaya çıkan malzeme elektriğe karşı direnç göstermeyen bir süper iletkendi.

Bilim insanları uzun süredir hidrojenin evrendeki değişmez bir molekül olduğunu biliyordu. Ancak metalik hidrojen ilk defa üretildi. Hem de bu malzeme bilim adamlarının hayal ettiklerinden daha farklı ve üstün özellikler sergiliyordu.

Bu buluşu “Yüksek-Basınç Fiziğinin Kutsal Kasesi” diye adlandırıyor araştırma grubunun lideri Isaac F. Silvera. “Bu dünya üzerinde yapılmış ilk ve tek metalik hidrojen örneği. Yani bu malzemeyi görüyorsanız daha önce hiç var olmamış bir şeye bakıyorsunuz demektir.” diye ekliyor.

Periyodik tablo temel olarak iki gruba ayrılır : Metal ve Ametaller. Diğer özelliklerinin yanında metaller parlak, iyi iletken ve genelde oda sıcaklığında katı olarak kalır. Bunun aksine ametaller mat görünümlü ve zayıf iletkendir. Çoğumuzun lisede öğrendiği gibi Hidrojen periyodik tablodaki ilk element ve ametaldir.

1935 yılına geri gittiğimizde, belirli koşullar altında birçok çalışmalarda rastlanan bu elementin çok güçlü bağlar oluşturabildiğini gözlenmiştir. Bu sayede malzeme sadece metal özellik sergilemekle kalmamış gerçekten de metal olmuştur.

Ama uygun koşulları sağlamak çok kolay değildir, yüksek basınç ve düşük sıcaklıkta çalışılması gerekiyordu. Bu yüzden 80 yıl boyunca birçok kez denenmesine rağmen başarılı sonuç alınamamıştır.

“Deneyin en heyecan verici kısmı, hidrojeni yüksek basınç altında sıkıştırdığımızda metale dönüşümünü gözlemlememizdi.“ diye belirtiyor Silvera.

“Hidrojen ile çalışılmaya transparan gaz aşamasında başlandı. Sırasıyla önce ışık geçirgenliği sıfırlandı, siyah hal aldı daha sonra aniden parladı. Gerçekten bir metale dönüşmesini gördük. “ diye özetliyor bu metali yaratmak için 45 yılını vermiş bilim adamı.

Aşağıda görebileceğiniz fotoğraf, dünya üzerinde ilk kez bulunan hidrojen metaline aittir :

Bu konseptin kanıtlanmış olması fizik dünyasında heyecan yaratmıştı. Tarih boyunca metalik hidrojen sahip olabileceği üstün özellikler nedeniyle birçok spekülasyona sebep olmuştu. Daha da önemlisi metalik hidrojenin aşırı soğutma işlemi görmeden oda sıcaklığında süper-iletken olabileceği öngörüldü. Uzun zamandır bilinen süper-iletkenlerin -269 Celcius dereceye düşürüldüğü zaman süper-iletken olabilmesi nedeniyle hem pahalı hem de pratik olmayan yolda da olsa -MRI gibi- günümüzde güçlü manyetik alan gerektiren uygulamalarda kullanılıyor. Eğer bilim insanları oda sıcaklığında işleyebilen süper-iletkenliği başarabilirse bu dev bir yaratım demek olacaktır. Böylece güç kaynağı ve hat arasında herhangi bir enerji kaybı olmadan iletim gerçekleşebilecektir. Çünkü var olan sistemde kullanılan enerjinin yüzde 15’i direnç sebebiyle ısı enerjisine dönüşüp, kayba sebep oluyor.

Silvera ve takımı tarafından üretilen metalik hidrojen sadece 1 – 1.5 mikron kalınlığında ve 10 mikron çapındaydı. İlk incelemelerden sonra birçok teste tabi tutmaktan vazgeçildi. Bu yüzden süper- iletken özellikler gelecek aylarda ortaya çıkarılacaktır.

Numunenin oluşturulmasını özetleyecek olursak, hidrojen gazı elmas kabın içinde -267.65 Celcius dereceye kadar soğutuluyor. Ve yüksek basınca maruz bırakılıyor. Yüksek basınç kavramı 1935 yılına dönüldüğünde 25 GPa olarak düşünülüp metalik hidrojen elde edileceğine inanılıyordu. Ancak Silvera ve takımı bu öngörünün neredeyse 20 katına çıkarak 465 – 495 GPa civarında elde edebildi. (bir fikir olması bakımından 1 GPa 1 milyon KPa değerine eşittir ve deniz seviyesinde ortalama basınç 101.325 KPa’dır.

Deney sırasında değişim anlık olarak gözlendi ancak kanıtlamak için spektroskopik testler uygulandı. Reflektivite ölçümünün gösterdiği gibi numunenin metale dönüşmeden önceki başlangıç maddesi hidrojen gazıydı.

Artık, metalik hidrojenin oluşturulduğu biliniyor, ancak yine de geriye bir çok soru işareti kalıyor. Bu oluşum katı mı sıvı mı? Araştırmacılar iki halin de mümkün olduğunu savunuyor.

Silvera ve ekibi katı olduğuna inansa da ellerinde olan tek numunenin kaza sonucu yok olmaması için bir test ile doğrulayamıyor. Ayrıca oluşan malzemenin metastabil yapıda olabileceği yönünde de güçlü göstergeler bulunuyor. Yani yüksek basınç kaldırıldığında da malzeme metalik olarak kalacaktır. Bu duruma uygun en bilinen örnek karbonun yüksek basınca maruz kalmış hali olan elmastır. Toprağın altından kazılıp çıkarıldığında bile durumunu koruyan elmas gibi metalik hidrojen de aynı kalmalıdır. Silvera ve ekibi yüksek basınç kaldırıldığında metalik hidrojen formunun korunup korunmadığını henüz gözlemlemedi.

Referans

It’s real: Metallic hydrogen has been created for the first time, Hydrogen is now a metal, Fiona MACDONALD, 26 JAN 2017