ที่ความดันบรรยากาศนับล้าน ไฮโดรเจนซึ่งปกติแล้วเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยมต้องขอบคุณอิเล็กตรอนที่มีพันธะแน่นในโมเลกุล H 2จะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม จุดเปลี่ยนที่แน่นอนของมันคือหัวข้อที่มีการถกเถียงกันมาก โดยผลของการทดลองล่าสุดหลายครั้งดูเหมือนจะขัดแย้งกันเอง นักวิจัยในอิตาลี สเปน และฝรั่งเศสกล่าวว่าพวกเขาได้แก้ไขความคลาดเคลื่อนโดยใช้เทคนิคการคำนวณขั้นสูง
ที่คำนึงถึงความผันผวนของควอนตัมของโปรตอน
เมื่อจำลองพฤติกรรมของไฮโดรเจนที่ความดันสูง การจำลองของกลุ่มยังเผยให้เห็นว่าไฮโดรเจนในระยะที่เหมือนโลหะนี้สะท้อนแสงน้อยมาก และด้วยเหตุนี้จึงจะปรากฏเป็นสีดำสนิทแก่ทุกคนที่สังเกตเห็น – หลักฐานเพิ่มเติม ผู้เขียนนำการศึกษาLorenzo Monacelli กล่าวไฮโดรเจนที่เป็นโลหะนั้นเป็นสสารที่แปลกประหลาดจริงๆ
ไฮโดรเจนที่เป็นของแข็งที่ความดันสูงมีแผนภาพเฟสที่สมบูรณ์ โดยมีเฟสโมเลกุลที่เป็นฉนวน 5 เฟสที่ติดป้าย I ถึง V แนวคิดที่ว่ามันอาจจะกลายเป็นโลหะที่ความดันสูงสามารถสืบย้อนไปถึงข้อเสนอทางทฤษฎีของ Eugene Wigner นักฟิสิกส์ชาวฮังการีและของเขา Hillard Bell Huntington เพื่อนร่วมงานชาวอเมริกันในปี 1935 นับแต่นั้นเป็นต้นมา ไฮโดรเจนจากโลหะได้รับการคาดการณ์ว่าจะมีอยู่ในแกนกลางของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ เช่น ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ นอกจากนี้ยังได้รับการแนะนำว่าโลหะไฮโดรเจนอาจเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้อง
ยากต่อการทรงตัวและท้าทายในการจำแนกลักษณะ
อย่างไรก็ตาม การคาดคะเนดังกล่าวยืนยันได้ยาก เนื่องจากไฮโดรเจนของโลหะทำให้เสถียรในห้องปฏิบัติการได้ยากมาก นอกจากนี้ยังเป็นการท้าทายที่จะอธิบายลักษณะเฉพาะ เนื่องจากไม่มีปฏิกิริยากับรังสีเอกซ์ และเทคนิคที่อาศัยการกระเจิงนิวตรอนไม่สามารถนำมาใช้ที่แรงกดดันสูงได้ นักวิทยาศาสตร์จึงต้องอนุมานโครงสร้างของมันทางอ้อม โดยใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีแบบสั่นสะเทือน เช่น รามันและอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี หรือวิธีการทางแสงที่วัดการส่งผ่านแสงและการสะท้อนแสงจากตัวอย่าง
ความยากลำบากในการทดลองที่รุนแรงเหล่านี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมกลุ่มวิจัยต่างๆ ถึงได้ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันอย่างเห็นได้ชัดเกี่ยวกับพฤติกรรมของไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูง การวัดค่าการสะท้อนแสงด้วยแสงแนะนำว่าการเกิดโลหะเป็นโลหะในอะตอมไฮโดรเจนที่ 495 GPa เมื่อองค์ประกอบเปลี่ยนจากเฟสแรงดันต่ำกว่าสีดำไปเป็นเฟสแรงดันสูงที่แวววาว ในขณะเดียวกัน การวัดค่าการนำไฟฟ้าหมายความว่าไฮโดรเจนในระยะที่ 3 ซึ่งเป็นระยะโมเลกุลที่คาดว่าความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจน-ไฮโดรเจนจะอ่อนมากจนโปรตอนสามารถกระโดดไปมาระหว่างโมเลกุลต่างๆ ได้ แสดงพฤติกรรมกึ่งโลหะที่ความดันสูงกว่า 360 GPa . ในส่วนของการทดลองการส่งผ่านแสงอินฟราเรดแนะนำว่าไฮโดรเจนในเฟส III จะกลายเป็นโลหะที่ 420 GPa
ไม่ขัดแย้งตามที่นักวิจัยนำโดยFrancesco Mauriจากมหาวิทยาลัย Sapienza ในกรุงโรมผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้ขัดแย้งกัน ทีมงานได้ข้อสรุปนี้โดยการจำลองคุณสมบัติของไฮโดรเจนระยะที่ 3 ภายใต้แรงกดดันระหว่าง 150 GPa และ 450 GPa ในการจำลอง พวกเขาใช้เทคนิคที่เรียกว่า Self-Consistent Harmonic Approximation (SCHA)
เพื่ออธิบายผลกระทบของควอนตัมต่อนิวเคลียส
ของไฮโดรเจน พูดง่ายๆ ก็คือ เทคนิคนี้จำลองฟังก์ชันคลื่นของนิวเคลียสไฮโดรเจน (โปรตอน) โดยการสุ่มตัวอย่างเมฆที่น่าจะเป็นของพวกมัน นั่นคือกลุ่มของตำแหน่งที่มีแนวโน้มว่าจะพบนิวเคลียส จากนั้นนักวิจัยได้แก้สมการควอนตัมของอิเล็กตรอนสำหรับการกำหนดค่านิวเคลียสแต่ละแบบ วิธีการนี้หมายความว่านิวเคลียสไม่ถือว่าเป็น “ลูกบอล” ที่นิ่งนิ่งอยู่ในตำแหน่ง เช่นเดียวกับในการจำลองส่วนใหญ่ แทนที่จะเป็นอย่างนั้น นิวเคลียสจะมีการแบ่งหน้าที่ของคลื่น ซึ่งสี่เหลี่ยมที่อธิบายความน่าจะเป็นของตำแหน่งที่อาจจะอยู่ในช่วงเวลาที่กำหนด
จากการจำลองเหล่านี้ นักวิจัยพบว่าไฮโดรเจนระยะที่ 3 เริ่มนำไฟฟ้าที่ 370 GPa ซึ่งเป็นผลที่ Monacelli กล่าวว่า “สอดคล้องกับผลการทดลองก่อนหน้านี้อย่างมาก” ในขณะที่สะท้อนแสงน้อยมากแม้ในสภาวะกดดันสูงสุด พวกเขายังพบว่าการแยกตัวประกอบในเอฟเฟกต์ควอนตัมต่อนิวเคลียสมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจน ผลกระทบนี้คาดว่าจะเกิดขึ้น เนื่องจากนิวเคลียสของไฮโดรเจน (ธาตุที่เบาที่สุด) อาจมีความผันผวนของควอนตัมมาก แต่ Monacelli กล่าวว่าความแตกต่างยังคงน่าประทับใจ “เราพบว่าความยาวพันธะของโมเลกุล H 2เพิ่มขึ้น 6% (ซึ่งมากในแง่ของพลังงานที่เกี่ยวข้อง) หากพิจารณาถึงผลกระทบของควอนตัม” เขาอธิบาย “สเปกตรัมรามันและอินฟราเรด (จำลอง) จะเปลี่ยนอย่างสมบูรณ์เมื่อพิจารณาถึงผลกระทบเหล่านี้ โดยยอดของสัญญาณเปลี่ยนไปมากกว่า 25% และโปรไฟล์พลังงานของพวกมันกว้างขึ้นมาก” การจำลองสเปกตรัมการสั่นสะท้านดังกล่าวมีความสำคัญ เนื่องจากเป็น “วิธีเดียวที่เราจะเข้าใจโครงสร้างผลึกของไฮโดรเจนแรงดันสูง” เขาเสริมว่าผลการคำนวณของทีมแสดง “ข้อตกลงที่น่าทึ่ง” กับผลจากการศึกษาทดลองเรื่องการดูดกลืนอินฟราเรด
การศึกษาด้วยแมชชีนเลิร์นนิงของไฮโดรเจนโลหะให้เบาะแสเกี่ยวกับการตกแต่งภายในของดาวพฤหัสบดี แปลกมาก จากผลลัพธ์เหล่านี้ (ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในNature Physics ) Monacelli กล่าวว่าหากข้อมูลจากการทดลองการสะท้อนแสงด้วยแสงถูกต้อง การสะท้อนแสงที่วัดได้สูงที่สังเกตได้ในการทดลองเหล่านั้นไม่สอดคล้องกับไฮโดรเจนที่มีอยู่ในเฟสโมเลกุล แต่เป็นการบอกเป็นนัยว่าไฮโดรเจนอยู่ในรูปอะตอม “เราได้พิสูจน์แล้วว่าโมเลกุลของโลหะไฮโดรเจนนั้นมีความพิเศษมาก” เขาบอกกับ Physics World “มันเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า สีดำ และโปร่งใสในอินฟราเรด นี่แทบจะเป็นเอกลักษณ์เฉพาะของโลหะ”
การคำนวณของเมารี โมนาเชลลี และคณะยังทำให้พวกเขาคาดการณ์ใหม่: ดิวเทอเรียม ซึ่งเป็นไอโซโทปที่หนักกว่าของไฮโดรเจน โดยมีนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียส ควรเริ่มนำไฟฟ้าที่ความดัน 70 GPa ซึ่งสูงกว่าไฮโดรเจนทั่วไป “การคาดการณ์นี้สามารถยืนยันได้ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้าเพื่อสนับสนุนหรือขัดแย้งกับผลลัพธ์ของเรา” Monacelli กล่าว
Credit : elegantidiosyncrasy.com elysium9d.net endshoesdate.info eniyiuzmandoktor.com equimedics.net
