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Foto: C. Kermarrec - SOLEIL (Wikimedia Commons)
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Los resultados que acababan de ser publicados ofrecen pruebas convincentes de que el hidrógeno se convierte en metal a presiones extremadamente altas. Pero, ¿es suficiente la investigación actual para convencer al resto de científicos de que existe hidrógeno metálico?

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Los teóricos han predicho durante mucho tiempo que, a presiones muy altas (más de 4 millones de veces la presión de la atmósfera sobre la superficie terrestre), el hidrógeno debería existir como un metal, capaz de conducir la electricidad. Los investigadores han buscado incansablemente este material, a veces con dudosos resultados. Pero en los últimos años, investigadores en los Estados Unidos, Francia y Alemania han avanzado mucho a la hora de confinar y comprimir el hidrógeno para probar sus propiedades a altas presiones. Un nuevo artículo que explica cómo han encontrado la mayor prueba hasta ahora de la existencia del hidrógeno metálico, ha sido ya debidamente revisado y publicado, pero la búsqueda aún no ha terminado.

Cubrimos ya esta investigación el pasado junio. En resumen, el físico Eugene Paul Wigner predijo hace 80 años que, a medida que aumenta la presión, el hidrógeno debería convertirse en un material sólido y, finalmente, en un metal. Crear estas gigantescas presiones para confirmar la teoría es extremadamente difícil. El equipo detrás de esta nueva investigación, dirigida por un miembro de la Comisión de Energía Atómica de Francia, Paul Loubey, comprimió el hidrógeno usando un dispositivo llamado célula de yunque de diamante, y luego observó la muestra mediante radiación infrarroja en el sincrotrón SOLEIL de Francia.

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A presiones superiores a 300 GPa, el hidrógeno se volvió sólido y opaco a la luz visible. A 425 GPa y 80 grados por encima del cero absoluto, el hidrógeno se volvió opaco a la luz infrarroja: es decir, comenzó a reflejar las longitudes de onda infrarrojas. Esto es una prueba inequívoca de que el hidrógeno había pasado de un estado sólido a un estado metálico.

Loubeyre le dijo a Gizmodo esta semana que invirtieron el proceso, realizando más mediciones después de aflojar la presión entre los diamantes para confirmar que el hidrógeno no se había filtrado entre sus puntas. La clave de sus resultados, dijo Loubeyre, estaba en dos cosas: primero, utilizaron un tipo relativamente nuevo de célula de yunque de diamante, llamada célula de yunque de diamante toroidal, cuyas puntas de diamante pueden soportar presiones más altas que las células de yunque de diamante tradicionales. Segundo, su experimento en SOLEIL combinó un microscopio con un espectrómetro capaz de medir la longitud de onda, permitiéndoles medir múltiples propiedades del hidrógeno simultáneamente en el diamante.

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Esta semana, el equipo publicó la revisión ​​por pares de esa investigación en la revista Nature, una señal de que han resistido el escrutinio de sus compañeros. Los resultados son una prueba casi definitiva de la creación de hidrógeno metálico, según comentaba en Nature Serge Desgreniers, un físico de la Universidad de Ottawa que no participó en el paper.

Pero anunciar un descubrimiento no es como encender un interruptor. Incluso ahora que el artículo ha pasado una revisión por pares, los científicos no afirman que hayan observado hidrógeno metálico, como así demuestra el título del artículo publicado, que solo dice que han visto evidencias de la “probable transición al hidrógeno metálico”. La limitación de su equipo en términos de sensibilidad significaba que no podían descartar la existencia de una pequeña banda prohibida (una pequeña cantidad de energía de entrada que es necesaria para convertir el material en un conductor), y si esa banda prohibida estaba realmente presente, entonces no podían demostrar la creación del metal todavía. Los investigadores han dicho que es poco probable que esa banda prohibida esté ahí, pero antes de anunciar el descubrimiento deben cubrir todas sus bases.

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Zack Geballe, un investigador del Laboratorio de Geofísica de Carnegie que no participó en el estudio, le dijo a Gizmodo que este trabajo es un hito que conducirá a “una mayor exploración de las propiedades metálicas del hidrógeno y cualquier otra cosa que exista a mayor presión”.

Geballe también dijo que era hora de realizar mediciones eléctricas, literalmente colocando electrodos a cada lado del material y midiendo la corriente a través de él. Esto es complicado de medir, ya que tienen que colocar electrodos diminutos en la punta de un diamante y que estén en contacto con una pequeña cantidad de hidrógeno sólido a una alta presión. Otro paper, de un equipo dirigido por Mikhail Eremets, llevó a cabo mediciones de conductividad en su propia muestra de hidrógeno y descubrieron que desde unos 350 GPa hasta 440 GPa, el hidrógeno permanecía como un sólido molecular, lo que significa que sus átomos aún estaban unidos, en vez de permanecer como núcleos en una red de electrones móviles, aunque es cierto que pudo haber ocurrido una nueva transición a metal a presiones de 480 GPa.

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Loubeyre le dijo a Gizmodo que estos papers miden la presión de manera ligeramente diferente y que probablemente sean compatibles ya que, según sus propios cálculos, lo que el equipo de Eremets midió a 440 GPa podría haber ocurrido a 390 GPa, y los grupos pueden haber estado observando los mismos efectos. Pero la búsqueda continúa.

El trabajo de Loubeyre es realmente emocionante y proporciona pruebas bastante sólidas de que el hidrógeno comienza a adquirir propiedades similares a los metales a altas presiones, como ya se había predicho muchas décadas atrás. También demuestra que hacer una afirmación rotunda como “hemos creado hidrógeno metálico” es increíblemente difícil en el mundo científico y requiere de muchas pruebas y verificación entre múltiples equipos.

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“Creo que la comunidad reconoce que nuestras mediciones son de una calidad excepcional para este rango de presión, y estamos orgullosos de eso”, dijo Loubeyre a Gizmodo. “Pero ahora que podemos entrar en este rango de presión, podremos hacer muchas más”. Esta investigación podría mantener a los científicos ocupados durante otra década más mientras continúan dilucidando las extrañas propiedades del hidrógeno a alta presión.

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