Поиски металлического водорода продолжаются
Уже 80 лет подряд "научное человечество" бьется над созданием металлического водорода. Это стало буквально идеей фикс: добиться возникновения идеального металла, обладающего сверхпроводимостью при комнатных температурах, "начинки" самого мощного ракетного топлива, материала для создания "щита" от нейтронной бомбы.
Переход в "металлическую стадию" был обоснован еще в 1935 году Юджином Вигнером и Беллом Хантингтоном. Они утверждали, что при комнатной температуре водород перейдет в металлическую форму при давлении 25 ГПа и станет проявлять свойства сверхпроводника. С тех пор физикам, которые работают с высокими давлениями, казалось, что стоит немного "додавить", как случится предсказанное: водород станет твердым. Однако изначально рассчитанная величина давления в 300 тысяч атмосфер увеличилась уже до пяти миллионов, а металлический водород все еще не получен.
Технически добиться такого давления на Земле практически невозможно, даже в ядре нашей планеты давление не превышает трех миллионов атмосфер. После того как давление "перевалило" за миллион, стало ясно, что придется брать что-то самое твердое, например алмазы, конструировать из них щипцы и давить, максимально уменьшив точку приложения силы. Такие алмазные тиски были созданы, применили их ученые из Гарвардского университета (Исаак Сильвера, Томас Д. Кабот, Ранга Диас) и сумели добиться стадии металлического водорода, о чем с радостью сообщили всему миру в журнале Science.
И вот незадача: как только Исаак Сильвера со своими коллегами собрался его вытащить, один из алмазов рассыпался на "пылинки", а сам образец исчез безвозвратно — никто так и не смог его найти. Звучит это, конечно, очень интригующе, но на самом деле, как говорят физики, ничего удивительного в этом нет. Давление в пять миллионов атмосфер — это как раз предел прочности алмаза. При снятии напряжения довольно часто происходит разрушение камер. Один из алмазов разрушился полностью, а водород, судя по всему, перешел в газообразное состояние. Надо понимать, что речь идет о микроскопической дозе вещества. Чтобы получить "сумасшедшее" давление, алмазы затачивают и давят ими в металлическую прокладку с отверстием посередине. В крошечное пространство (10-50 микрон) закачивается газ. Он и был сжат до состояния металла, так как, по утверждениям ученых, из прозрачного превратился в непрозрачный. Потеря прозрачности — главный критерий превращения газа в металл.
Потеря единственного в мире образца металлического водорода разделило мир на две половины: одна группа ученых верит в то, что образец с металлическим водородом все-таки существовал, а другие все больше склоняются к тому, что это было лишь мечтой стареющего профессора — Исаака Сильверы, который всю жизнь занимался этой проблематикой.
Валентин Николаевич Рыжов - заместитель директора по науке Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина, доктор физико-математических наук
Заместитель директора по науке Института физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина доктор физико-математических наук Валентин Николаевич Рыжов — на стороне оптимистов: "Похоже, Исаак Сильвера все-таки получил непрозрачный водород. Но это мог быть не чистый металлический водород, а его полупроводниковое состояние. Мой коллега Михаил Еремец, бывший сотрудник нашего института, тоже в свое время получил полупроводниковое состояние водорода, после чего Исаак Сильвера с компанией написали письмо, опровергающее его открытие. Теперь, когда Сильвера опубликовал свои результаты, возникли письма "в обратную сторону", которые констатируют, что те эксперименты, которые он проделал, недостаточно убедительны для того, чтобы говорить об открытии мирового масштаба. Я думаю, что при указанных давлениях все-таки мог возникнуть металлический водород, но находиться в метастабильном состоянии при нормальном условиях он не способен. Поэтому, когда Сильвера захотел его вытащить, образец просто перешел в газ".
А вот заведующий кафедрой прикладной математики Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" доктор физико-математических наук Николай Алексеевич Кудряшов склоняется к тому, что вся история с металлическим водородом Исаака Сильверы — просто большое желание, которое выдано за действительность.
Николай Алексеевич Кудряшов - заведующий кафедрой прикладной математики Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», доктор физико-математических наук
"Честно говоря, я вообще не представляю, где на Земле можно взять такое большое давление, — говорит Николай Кудряшов. — Понятно, что теоретики давно все просчитали, и при этом давлении и указанной температуре водород должен стать металлическим, однако, как мы знаем, теория с практикой иногда расходятся кардинально. Сейчас большинство исследователей склоняется к тому, что этот эксперимент был не чистым. Важно то, что никто не может его повторить, а ведь "повторяемость" — это главная задача в науке".
Тем не менее российские физики-теоретики из МИФИ, среди который и сам Николай Кудряшов, просчитали, что при давлении в пять миллионов атмосфер и температуре минус 268 градусов по Цельсию фаза металлического водорода, полученная Диасом и Сильвером, будет сверхпроводящей.
Для вычислений использовалась система уравнений Элиашберга, которая наиболее точно позволяет определить критическую температуру для перехода вещества в сверхпроводящее состояние. Решение этой системы позволило вычислить критическую температуру перехода металлического водорода в сверхпроводник. Однако оказалось, что эта температура намного ниже комнатной и равна минус 58 градусов по Цельсию.
"Конечно, такая температура не помешает многочисленным техническим применениям сверхпроводников, но при условии, что удастся получать металлический водород в больших количествах. А пока даже получение малого количества металлического водорода еще нужно доказать", — пояснил Кудряшов.
Что касается профессора Гарвардского университета Исаака Сильверы, он в данное время мастерит новые алмазные тиски для получения металлического водорода.