الهيدروجين الكمومي: نظير للهيدروجين تم ضغطه للحصول على حالة غريبة

وجد باحثون من قسم الفيزياء في جامعة هارفارد حالتَيْن كموميتَيْن جديدتَيْن لأحد نظائر الهيدروجين، ممّا يجعلهم أقرب إلى إثبات وجود الهيدروجين المعدني.

عالم الهيدروجين الغريب

الهيدروجين هو أبسط عنصر في الجدول الدوري، وهو العنصر الأكثر وفرةً في الكون المعروف، إذ ليس لديه سوى إلكترون واحد يحوم حول بروتون واحد، ومع ذلك فإنه يتصرف بطرق مثيرة تحت ظروف معينة.

ونظراً لأنه غاز فإنّ إلكترونه يتمتع باستقطاب مغزلي محايد، فلا يتحول الهيدروجين عند مستوى الصفر المطلق إلى سائل، وعند درجة حرارة حوالي 14 كيلفن، يكوّن الهيدروجين غير المستقطب جزيئات مستقرة يمكنها أن تتصلب بسهولة.

والأكثر إثارة للاهتمام أنه على مدى السنوات الماضية كان العلماء يجرون التجارب على الهيدروجين ونظائره متأملين أن يُمِيطوا اللثامَ عن هذا الشكل النظريّ من العنصر، هذا الذي يتفكك إلى المعدن الذري، والذي يمتلك خصائص غريبة في مستويات ضغط تقدر بالملايين.

وتنص النظريات على أنه في حالة الهيدروجين المعدنية، يمتلك هذا العنصر موصلية فائقة في درجات حرارة عالية، حالة شبه استقرار، وتحت مستويات ضغط تقترب من الميجا بار وفي درجة حرارة منخفضة يتحول إلى الحالة السائلة، وفي مثل هذه الضغوط العالية يتحول هيكل الهيدروجين الصلب إلى طبقات مثل الجرافين.

الكشف عن المعادن

في دراسة قُدمت مؤخراً إلى دورية Physical Review Letters ، وجد باحثون من جامعة هارفارد مراحل كمومية جديدة لنظيرٍ للهيدروجين، وهي HD-IV * و HD-PRE، والتي يُعتقد أنها حالة انتقالية تسبق الهيدروجين المعدني.

في هذا البحث، تم ضغط ديوتريد الهيدروجين (HD) الصلب بضغط شديد وصل إلى 3.4 ميجا بار، والذي يقترب جداً من الضغط في مركز الأرض (3.6 ميجا بار)، وذلك باستخدام خلية سندان الماس.

مخطط أطوار ديوتريد الهيدروجين، ويقدم الحالات الجديدة

أظهرت النتائج أنه عند ضغط 2 ميجا بار، انتقل HD إلى HD-IV *، ومع زيادة الضغط، تحول إلى HD-PRE، وفي الحالة الانتقالية HD-IV * لاحظ العلماء التفكك السريع للجزيء ليعاد تجميعه كنظير جديد صلب، والذي أسموه DISREC.

كلتا الحالتين لم تمتلكا الخصائص المعدنية التي يُراد الوصول إليها، ومع ذلك فإن العلماء يعتبرون هذا البحث خطوة نحو اكتشاف الهيدروجين المعدني.