ในห้องปฏิบัติการที่มีความเชี่ยวชาญสูงไม่กี่แห่ง บาคาร่า นักวิทยาศาสตร์ระดมยิงด้วยพัลส์ไฟฟ้าที่ทรงพลังที่สุดในโลก หรือปะทะด้วยเลเซอร์ที่ซับซ้อน ห้องแล็บอื่น ๆ บีบเพชรสำหรับงานหนักเข้าด้วยกันแรงพอที่จะทำให้แตกได้
ทั้งหมดนี้คือการแสวงหาโลหะล้ำค่า ไม่ใช่ทอง เงิน หรือแพลตตินั่ม เหมืองหินของนักวิทยาศาสตร์คือไฮโดรเจนในรูปแบบที่เข้าใจยากที่สุด
ทีมคู่แข่งหลายทีมพยายามที่จะเปลี่ยนไฮโดรเจน
ซึ่งปกติแล้วเป็นก๊าซให้เป็นโลหะ เป็นการแสวงหาเดิมพันสูงและความกระตือรือร้นที่จุดประกายความฝันของวัสดุใหม่ที่โลภซึ่งสามารถปลดล็อกความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมหาศาลในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
ยูจีน เกรกอแยนซ์ นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเอดินบะระ ผู้ตามล่าไฮโดรเจนจากโลหะมากว่าทศวรรษ กล่าวว่า “ทุกคนรู้ดีเกี่ยวกับรางวัลที่คุณจะได้รับจากการทำสิ่งนี้ ความอิจฉาริษยาและความริษยา [นั้น] สูงมาก”
นักวิทยาศาสตร์เสนอว่าไฮโดรเจนที่เป็นโลหะในรูปของแข็งอาจเป็นตัวนำยิ่งยวด ซึ่งเป็นวัสดุที่ช่วยให้อิเล็กตรอนไหลผ่านได้อย่างง่ายดายโดยไม่สูญเสียพลังงาน ตัวนำยิ่งยวดที่รู้จักทั้งหมดทำงานที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น ซึ่งเป็นข้อเสียเปรียบหลัก นักทฤษฎีสงสัยว่าไฮโดรเจนที่เป็นโลหะยิ่งยวดอาจทำงานที่อุณหภูมิห้อง ตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องเป็นหนึ่งในเป้าหมายที่ต้องการมากที่สุดในฟิสิกส์ มันจะให้การประหยัดพลังงานมหาศาลและการปรับปรุงมากมายในการส่งผ่านและการจัดเก็บพลังงาน
ความสำคัญของไฮโดรเจนที่เป็นโลหะมีมากกว่าการแสวงหาทางโลก วัสดุนี้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจระบบสุริยะของเราเองได้ ที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนที่ถูกบีบอัดจะกลายเป็นของเหลวที่เป็นโลหะ ซึ่งเป็นรูปแบบที่คาดว่าจะแฝงตัวอยู่ใต้เมฆของดาวเคราะห์ก๊าซขนาดมหึมา เช่น ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ การแยกคุณสมบัติของไฮโดรเจนที่ความร้อนจัดและความดันสูงสามารถไขปริศนาเกี่ยวกับก๊าซยักษ์ได้ นักวิจัยได้รายงานภาพรวมคร่าวๆ ของรูปโลหะเหลวของไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการ แม้ว่าคำถามจะยังคงอยู่เกี่ยวกับธรรมชาติที่แท้จริงของวัสดุ
ในขณะที่ยังไม่มีห้องปฏิบัติการใดผลิตไฮโดรเจนที่เป็นโลหะที่เป็นของแข็ง ความพยายามร่วมกันของนักวิทยาศาสตร์หลายคนกำลังใกล้เข้ามาอย่างรวดเร็วในการทำความเข้าใจองค์ประกอบเองอย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น เช่นเดียวกับความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการทำงานภายในที่ซับซ้อนของของแข็ง
ไม่ธรรมดา
ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นองค์ประกอบแรกในตารางธาตุและเป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดในจักรวาล ควรเข้าใจได้ง่าย: โปรตอนตัวเดียวที่จับคู่กับอิเล็กตรอนตัวเดียว “อะไรจะง่ายไปกว่าการรวมตัวของอิเล็กตรอนและโปรตอน” ถามนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎี Neil Ashcroft จาก Cornell University แต่ที่ความดันสูง ฟิสิกส์ของไฮโดรเจนจะกลายเป็นเรื่องที่ซับซ้อนอย่างรวดเร็ว
ที่อุณหภูมิห้องและความดันบรรยากาศ ไฮโดรเจนเป็นก๊าซ แต่เช่นเดียวกับวัสดุอื่นๆ สภาวะที่เปลี่ยนแปลงสามารถเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นของแข็งหรือของเหลวได้ ด้วยอุณหภูมิที่ต่ำเพียงพอหรือแรงบีบที่เพียงพอ ไฮโดรเจนจะเปลี่ยนรูปร่างเป็นของแข็ง เพิ่มความร้อนในขณะที่บีบและกลายเป็นของเหลว
หากอยู่ภายใต้สภาวะที่รุนแรงกว่านั้น ไฮโดรเจนสามารถแปรสภาพเป็นโลหะได้ อย่างน้อยก็ในทางทฤษฎี โลหะทั้งหมดมีสิ่งหนึ่งที่เหมือนกัน: พวกเขานำไฟฟ้าเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไหลอย่างอิสระซึ่งสามารถไปในที่ที่พวกเขาต้องการภายในวัสดุ
บีบอะไรก็ได้แรงๆ จะกลายเป็นโลหะ Ashcroft กล่าวว่า “ความดันทำหน้าที่ได้ดีในการกำจัดอิเล็กตรอนภายนอก นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ตั้งเป้าที่จะทำกับไฮโดรเจน: สร้างซุปข้นของอิเล็กตรอนที่เร่ร่อนในของเหลวหรือของแข็ง
เมื่อไฮโดรเจนถูกบีบอัด อะตอมจำนวนมากจะเริ่มมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ในขณะที่จับคู่ในโมเลกุลของไฮโดรเจนสองอะตอมแต่ละอะตอม ฟิสิกส์พื้นฐานกลายเป็นความสับสนวุ่นวาย “มันน่าทึ่งมาก สิ่งเหล่านี้ใช้การจัดเรียงที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อในสถานะของแข็ง” Ashcroft นักวิทยาศาสตร์คนแรกที่เสนอในปี 2511 ว่าไฮโดรเจนจากโลหะอาจเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูง
ความซับซ้อนของไฮโดรเจนทำให้นักวิทยาศาสตร์หลงใหล รัสเซล เฮมลีย์ นักเคมีจากสถาบันวิทยาศาสตร์คาร์เนกีในวอชิงตัน ดี.ซี. และห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์ในแคลิฟอร์เนีย กล่าวว่า “ไม่ใช่แค่คำถามเกี่ยวกับการทำให้เป็นโลหะเท่านั้นที่ฉันสนใจ การศึกษาความสลับซับซ้อนของพฤติกรรมของไฮโดรเจนสามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ปรับความเข้าใจฟิสิกส์ของวัสดุได้
ในปี 1935 เมื่อนักฟิสิกส์ Eugene Wigner และ Hillard Bell Huntington จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันทำนายว่าไฮโดรเจนที่เป็นของแข็งที่ถูกบีบอัดจะเป็นโลหะ พวกเขาคิดว่าการเปลี่ยนไปใช้โลหะอาจเกิดขึ้นที่ความดัน 250,000 เท่าของชั้นบรรยากาศโลก นั่นอาจฟังดูเยอะ แต่นักวิทยาศาสตร์ได้บีบไฮโดรเจนให้มีความดันมากกว่า 10 เท่า และยังไม่มีโลหะแข็ง บาคาร่า / ลายสัก
