martes, 25 de abril de 2017

Polémica sobre hidrógeno metálico

Polémica en torno la afirmación de que se ha conseguido sintetizar hidrogeno metálico.

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Hay una polémica en el mundo de la Física sobre si se ha conseguido o no hidrógeno metálico.
Esta polémica se ha alcanzado sólo al cabo de las horas de que apareciera el artículo correspondiente en Science, pero viene de meses atrás.
El hidrógeno metálico es algo que fue predicho por los teóricos hace ya más de 80 años y desde entonces ha sido una meta de los laboratorios de Física de materiales.
Se supone que el hidrógeno gaseoso puede convertirse en un sólido metálico si se alcanza una gran presión. En ese estado conduciría la electricidad, tendría aspecto plateado e incluso se ha propuesto que pudiera ser superconductor a temperatura ambiente. Pues lo increíble es que, una vez aplicada esa presión para obtener este material, el mismo permanecería en un estado metaestable por un tiempo más o menos indefinido.
Puestos a especular se ha dicho que este metal tendría propiedades cuasi-mágicas, pues, además de todo lo mencionado, podría servir para almacenar gran cantidad de energía, lo que permitiría explorar el espacio con sistemas de propulsión exóticos. Aunque nadie ha conseguido explicar un método no explosivo de extraer esa energía almacenada. Pudiera ser que al final la principal aplicación fuera militar.
Todo ello en teoría, claro. La única pista sobre la existencia de este material sería Júpiter, en cuyo interior habría hidrógeno metálico, lo que explicaría algunas propiedades de su intenso campo magnético. Pero hasta ahora nadie ha logrado sintetizar este material.
En 1935 Eugene Wigner y Hillard Bell Huntington predijeron que a partir de 25 gigapascales el hidrógeno se haría metálico, pero recientemente se calculó que la presión de transición estaría entre 400 y 500 GPa (entre unos 4 y 5 millones de atmósferas). Para hacernos una idea de esta presión, podemos recordar que en el núcleo terrestre la presión es de unos 360 GPa. Esto apunta a la gran dificultad de conseguir este logro.
Se ha venido intentando sintetizar hidrógeno metálico desde hace décadas gracias al uso de celdas de yunques de diamante. Básicamente se usan dos diamantes que entran en contacto en una pequeña área en donde se empuja uno sobre otro para así alcanzar una gran presión (foto de cabecera). Este sistema se ha usado para estudiar materiales a gran presión (como los minerales del interior de la Tierra) con bastante éxito desde hace mucho tiempo. Pero, hasta ahora, no se había logrado sintetizar hidrógeno metálico con él.
Todo ello hasta que el pasado octubre Ranga Dias y Isaac Silvera (ambos de Harvard University) publicaran un artículo en el repositorio ArXiv en donde decían que habían conseguido hidrógeno metálico. Este repositorio no usa revisores y ya entonces hubo críticas al respecto.
Ahora publican un artículo similar en Science, que es una revista de prestigio con revisores, pero las críticas persisten porque casi no hay información nueva. Los autores se defienden diciendo que querían publicar sus primeras observaciones antes de hacer nuevos experimentos.
Hasta ahora ha habido varios intentos con la misma tecnología y se informó que se había producido un cambio de color en el material, lo que indicaría que se estaba cerca, pero no sobre si se había conseguido el aspecto plateado de un metal que uno espera conseguir.
En este nuevo caso sí se informa de ese aspecto plateado, pero, además de este aspecto brillante no se informa de mucho más. No se han realizado medidas rigurosas sobre el material obtenido.
Para poder lograr esto Dias y Silvera han pulido los diamantes para así eliminar todo tipo de imperfección y los han recubierto con alúmina (óxido de aluminio). De este modo, podían aplicar gran presión sin que se rompieran los diamantes, que, además, van metidos dentro de un criostato para así mantener una temperatura justo por encima del cero absoluto. Esto permite usar hidrógeno líquido. Además, han aplicado 495 Gigapascales de presión, bastante más que la competencia. Entonces el material se volvió brillante y de aspecto metálico, reflejando la luz como lo haría un metal.
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Supuestamente, de izquierda a derecha y de menor a mayor presión, hidrógeno transparente retroiluminado, hidrógeno negro semiconductor e hidrógeno metálico reflectivo. Fuente: R. Dias y I.F. Silvera.
Otros físicos no se muestran convencidos de que lo observado sea hidrogeno metálico. Incluso proponen que podría ser la alúmina (óxido de aluminio) que recubre las puntas de los diamantes empleados. También se dice que la presión usada está sobreestimada y que los autores no dan la evolución de la presión durante el proceso, sino sólo la supuesta presión final, se critica la ausencia de reproducción de los experimentos (sólo se realizó un experimento) y, sobre todo, que no dan medidas de conductividad eléctrica, lo que despejarías las dudas sobre la metalicidad de la muestra obtenida. Un semiconductor podría tener la misma reflectividad, pero no sería un metal.
Algunos se han mostrados muy duros, como Eugene Gregoryanz (University of Edinburgh) que dijo: “la palabra basura no puede describirlo realmente”.
Los autores mantienen la muestra en el criostato a temperatura del nitrógeno líquido desde hace tres meses, lo que indicaría que tendría cierta estabilidad como mínimo. Están a la espera de hacer más medidas y experimentos sobre esta muestra que confirmen el logro.
Entre los posibles experimentos estarían la espectroscopia Raman y la dispersión de rayos-X que determinaría su composición, estado, estructura y resistencia. Además, se mediría su resistencia eléctrica. Por último, se podría liberar la presión para comprobar si es realmente estable. También sería interesante saber si es superconductor y si lo es saber su temperatura de transición.
Otra posibilidad es que el hidrogeno metálico no sea sólido, sino líquido. En todo caso sería algo muy interesante de estudiar.
Si este experimento es reproducible y finalmente se confirma el hallazgo, estaríamos delante de un gran logro en la Física, tanto a nivel fundamental como quizás en el campo de las aplicaciones.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5294

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