Khi được ép dưới áp suất cực lớn giữa 2 thỏi kim cương, hydrogen thể khí đã chuyển đổi thành một dạng kim loại được cho là tồn tại bên trong những hành tinh khổng lồ của hệ Mặt Trời như sao Mộc. Kim loại hydro sáng lấp lánh này là thành quả nghiên cứu của 2 nhà vật lý Issac F. Silvera và Ranga P. Dias đến từ đại học Harvard và họ đã làm được điều mà các nhà vật lý từng cố gắng thử nghiệm từ cách đây 80 năm.
Việc tạo ra hydrogen dưới dạng kim loại trong phòng thí nghiệm từ lâu đã là một giấc mơ đối với các nhà nghiên cứu vật lý kể từ năm 1935 khi Eugene Wigner và Hillard Bell Huntington lần đầu đưa ra dự đoán về sự tồn tại của nó. Khi được nén với đủ áp suất trên một cái đe, hydrogen có thể dẫn điện - đặc tính đầu tiên của một kim loại và các nhà lý luận còn rằng vật liệu này có thể sở hữu các đặc tính đặc biệt khác, chẳng hạn như có thể trở thành một chất siêu dẫn - đẫn điện mà không có điện trở.
Bằng việc tạo ra hydrogen kim loại, các nhà vật lý cũng có thể khám phá về khoa học hành tinh với những thử nghiệm tại chỗ. Chẳng hạn như những hành tinh khí khổng lồ như sao Mộc từ lâu được cho là có lõi chứa hydrogen kim loại và việc tạo ra vật chất này trong phòng thí nghiệm sẽ giúp lý giải cho khả năng duy trì từ trường của hành tinh này.
Hydrogen ở trạng thái trong suốt (ngoài cùng trái) > chuyển mờ khi áp suất tăng (giữa) > phản chiếu ánh sáng.
Lần đầu tiên tạo ra hydrogen kim loại nhưng trước đó, nhiều nhà vật lý đã thử nghiệm nén hydrogen giữa 2 thỏi kim cương ở áp suất cao hơn cả áp suất ở tâm Trái Đất và phần lớn đều không thành công. Họ đã quan sát được hydrogen chuyển đổi từ trạng thái trong suốt sang đục khi bị nén, điều này gợi ý rằng các electron đã bị ép lại gần nhau và chúng có thể hấp thụ các photon của ánh sáng thấy được. Tuy nhiên, không một ai chứng minh được sự tồn tại của hydrogen kim loại sáng lấp lánh, bằng chứng cho thấy nó phản xạ ánh sáng.
Một báo cáo năm 2011 được các nhà vật lý tại viện Max Planck tại Mainz, Đức công bố đã gây ra nhiều tranh cãi trong cộng đồng khoa học. Mikhail Eremets - người lãnh đạo nhóm nghiên cứu cho biết nhóm của ông vẫn chưa thể đưa ra bằng chứng để kết luận sự tồn tại của hydrogen kim loại.
Trở lại với nghiên cứu của Dias và Silvera, họ cho biết sở dĩ họ có thể tạo ra hydrogen kim loại là nhờ nén hydrogen ở một áp suất lớn hơn tất cả những gì từng thử nghiệm trước đó. Để làm điều này, họ đã sử dụng một cấu trúc đe bằng kim cương có thể lắp bên trong một chiếc máy làm lạnh siêu hàn, cho phép đưa nhiệt độ của mẫu hydrogen xuống 0. Thêm vào đó, họ cũng đã phát hiện ra một phương pháp để mài đầu của 2 thỏi kim cương nhằm loại bỏ những khiếm khuyết không đều của kim cương khiến chúng có thể bị nứt khi nén. Sau đó, họ đặt mẫu hydrogen vào đe và thiết lập mức áp suất tương đương 495 tỉ Pascal - cao hơn 5 triệu lần áp suất khí quyển ở mực nước biển.
Silvera cho biết: "Thật bất ngờ là mẫu thử đã phản chiếu ánh sáng, thứ mà bạn chỉ thấy trên một kim loại." Thông qua kính hiển vi, mẫu thử sáng lấp lánh và nó phản chiếu ánh sáng theo đặc tính cần có của hydrogen kim loại.
Mặc dù vậy, phát hiện của Dias và Silvera vẫn chưa thuyết phục được nhiều nhà khoa học. Nhà địa vật lý học Alexander Goncharov đến từ viện Carnegie tại Washington DC đã từng chỉ trích về phương pháp thí nghiệm của Silvera trước đây và ông rất ngờ hoặc về khả năng vật liệu phát sáng kia là hydrogen kim loại. Ông cho rằng vật liệu này có thể là alumina hay nhôm oxide - thứ có thể phủ trên đầu của 2 thỏi kim cương dùng làm đe và nó có thể phản ứng khác đi dưới áp suất cao.
Trong khi đó, nhà vật lý Paul Loubeyre đến từ Ủy ban năng lượng nguyên tử của Pháp cho rằng Dias và Silvera có thể tính toán sai về mức áp suất mà họ đã đạt được khi dựa trên những cân chỉnh có thể không chính xác của máy nén và áp suất bên trong đe kim cương. Eugene Gregoryanz - nhà vật lý đến từ đại học Edinburgh, Anh quốc cũng bổ sung rằng cả 2 nhà nghiên cứu tại Harvard chỉ thực hiện việc đo đạt chi tiết về mẫu hydrogen ở mức áp suất cao nhất nên khó có thể quan sát được tác động của áp suất làm thay đổi đặc tính của hydrogen trong thí nghiệm này.
Loubeyre nói: "Nếu họ muốn thuyết phục, họ phải thực hiện lại các phép đo và thật sự phải đo sự tiến triển của các mức áp suất. Sau đó, họ phải thể hiện rằng ở khoảng áp suất này, alumina không phải là thứ biến thành kim loại mà chính là hydrogen."
Tuy nhiên, Silvera cho rằng ông chỉ muốn phát hiện của mình được công bố trước khi thực hiện các thử nghiệm xác thực và những thử nghiệm này có thể phá hỏng mẫu thử hydrogen kim loại vừa có được. Để bảo quản mẫu thử, Silvera và Dias cần phải giữ nó trong máy siêu hàn, trong khi phòng thí nghiệm chỉ có 2 chiếc máy như vậy, một chiếc thì hiện đang được sử dụng cho các thí nghiệm khác.
Mặc dù còn nhiều hoài nghi nhưng báo cáo chính thức về phát hiện của Dias và Silvera đã được đăng tải trên tạp chí Science cùng với sự khẳng định chắc nịch từ phía đại học Harvard rằng hydrogen kim loại đã được tạo ra thành công.
tinhte.vn