ที่ความกดดันของบรรยากาศนับล้าน ไฮโดรเจนซึ่งปกติแล้วเป็นฉนวนที่ดีเยี่ยมเนื่องจากอิเล็กตรอนที่มีพันธะแน่นในโมเลกุล H 2จะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม จุดเปลี่ยนที่แน่นอนคือหัวข้อที่มีการถกเถียงกันมาก โดยผลการทดลองล่าสุดหลายครั้งดูเหมือนจะขัดแย้งกัน ขณะนี้นักวิจัยในอิตาลี สเปน และฝรั่งเศสกล่าวว่าพวกเขาได้แก้ไขความคลาดเคลื่อนโดยใช้เทคนิคการคำนวณขั้นสูง
ที่คำนึงถึง
ความผันผวนของควอนตัมของโปรตอนเมื่อจำลองพฤติกรรมของไฮโดรเจนที่ความดันสูง การจำลองของกลุ่มยังเผยให้เห็นว่าไฮโดรเจนในเฟสที่คล้ายโลหะนี้สะท้อนแสงได้น้อยมาก และด้วยเหตุนี้ใครก็ตามที่สังเกตเห็นจะเห็นเป็นสีดำสนิท ซึ่งเป็นข้อพิสูจน์เพิ่มเติม ผู้เขียนนำการศึกษากล่าวไฮโดรเจนโลหะนั้น
เป็นสารที่แปลกประหลาดมาก ไฮโดรเจนของแข็งที่ความดันสูงมีเฟสไดอะแกรมที่สมบูรณ์ โดยมีเฟสโมเลกุลฉนวน 5 เฟสที่มีป้ายกำกับว่า I ถึง V แนวคิดที่ว่ามันอาจกลายเป็นโลหะที่ความดันสูงสามารถย้อนไปถึงข้อเสนอทางทฤษฎีที่เสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวฮังการี ยูจีน วิกเนอร์และเขา
ฮิลลาร์ด เบลล์ ฮันติงตัน เพื่อนร่วมงานชาวอเมริกันในปี 2478 ตั้งแต่นั้นมา ไฮโดรเจนโลหะได้รับการคาดการณ์ว่าจะมีอยู่ในแกนกลางของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ เช่น ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ มีการแนะนำว่าโลหะไฮโดรเจนอาจเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิห้องได้ ยากที่จะทรงตัวและท้าทายในการระบุลักษณะ
อย่างไรก็ตาม การคาดการณ์ดังกล่าวยากที่จะยืนยัน เนื่องจากโลหะไฮโดรเจนเป็นเรื่องยากมากที่จะทำให้เสถียรในห้องปฏิบัติการ นอกจากนี้ยังเป็นการยากที่จะระบุลักษณะเฉพาะ เนื่องจากไม่มีปฏิกิริยากับรังสีเอกซ์ และเทคนิคที่อาศัยการกระเจิงของนิวตรอนก็ไม่สามารถใช้ได้ที่ความดันสูง
ดังนั้น นักวิทยาศาสตร์จึงต้องอนุมานโครงสร้างของมันทางอ้อม โดยใช้เทคนิคไวเบรเนี่ยมสเปกโทรสโกปี เช่น รามานและอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี หรือวิธีการทางแสงที่วัดการส่งผ่านแสงและการสะท้อนแสงจากตัวอย่าง ความยากลำบากในการทดลองที่รุนแรงเหล่านี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมกลุ่มวิจัยต่างๆ
จึงได้รับ
ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกันอย่างชัดเจนเกี่ยวกับพฤติกรรมของไฮโดรเจนที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูง การวัดค่าการสะท้อนแสงแบบออปติคัลบ่งชี้ว่าการเคลือบโลหะเกิดขึ้นในอะตอมไฮโดรเจนที่ 495 GPa เมื่อองค์ประกอบเปลี่ยนจากเฟสความดันต่ำสีดำไปเป็นเฟสความดันสูงที่เป็นประกาย ในขณะเดียวกัน
การวัดค่าการนำไฟฟ้าก็บ่งบอกเป็นนัยว่าไฮโดรเจนในเฟส III ซึ่งเป็นเฟสของโมเลกุลที่ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนกับไฮโดรเจนนั้นอ่อนแอมากจนโปรตอนสามารถกระโดดไปมาระหว่างโมเลกุลต่างๆ ได้ แสดงพฤติกรรมกึ่งโลหะที่ความดันสูงกว่า 360 GPa . ในส่วนของการทดลอง
การส่งผ่านแสงอินฟราเรด แนะนำว่าไฮโดรเจนเฟส III กลายเป็นโลหะที่ 420 GPa ไม่ขัดแย้งกันตามที่นักวิจัยนำแห่งมหาวิทยาลัย ในกรุงโรมผลลัพธ์เหล่านี้ไม่ได้ขัดแย้งกัน ทีมงานได้ข้อสรุปนี้โดยการจำลองคุณสมบัติของไฮโดรเจนเฟส III ภายใต้ความกดดันระหว่าง 150 GPa และ 450 GPa
ในการจำลอง พวกเขาใช้เทคนิคเพื่ออธิบายถึงผลกระทบทางควอนตัมที่มีต่อนิวเคลียสของไฮโดรเจน พูดง่ายๆ ก็คือ เทคนิคนี้จำลองฟังก์ชันคลื่นของนิวเคลียสของไฮโดรเจน (โปรตอน) โดยการสุ่มตัวอย่างกลุ่มเมฆความน่าจะเป็น นั่นคือการรวบรวมตำแหน่งที่น่าจะพบนิวเคลียส จากนั้นนักวิจัยได้แก้ไข
สมการควอนตัมของอิเล็กตรอนสำหรับการกำหนดค่านิวเคลียสแต่ละแบบ วิธีการนี้หมายความว่านิวเคลียสจะไม่ถูกมองว่าเป็น “ลูกบอล” คงที่ซึ่งถูกตรึงอยู่ในตำแหน่ง ดังที่เป็นกรณีในการจำลองส่วนใหญ่ แต่นิวเคลียสกลับมีฟังก์ชันคลื่นแบบแยกส่วน ซึ่งเป็นค่ากำลังสองที่อธิบายความน่าจะเป็น
ของตำแหน่งที่นิวเคลียสอาจอยู่ ณ เวลาที่กำหนดจากการจำลองเหล่านี้ นักวิจัยพบว่าไฮโดรเจนระยะที่ 3 เริ่มนำไฟฟ้าที่ 370 GPa ซึ่งเป็นผลที่ “ใกล้เคียงกับผลการทดลองก่อนหน้านี้มาก” ในขณะที่สะท้อนแสงเพียงเล็กน้อยแม้ที่ความดันสูงสุด พวกเขายังพบว่าการแยกตัวประกอบในผลควอนตัม
ต่อนิวเคลียสมีผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกายภาพของไฮโดรเจน คาดว่าจะมีผลกระทบนี้ เนื่องจากนิวเคลียสของไฮโดรเจน (ธาตุที่เบาที่สุด) อาจมีความผันผวนทางควอนตัมมาก แต่ กล่าวว่าความแตกต่างนั้นยังคงน่าประทับใจ “เราพบว่าความยาวพันธะของโมเลกุล H 2เพิ่มขึ้น 6%
(ซึ่งมากในแง่ของพลังงานที่เกี่ยวข้อง) หากพิจารณาถึงผลกระทบทางควอนตัม” เขาอธิบาย “สเปกตรัมรามานและอินฟราเรด [จำลอง] เปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิงเมื่อพิจารณาผลกระทบเหล่านี้ โดยจุดสูงสุดของสัญญาณเปลี่ยนไปมากกว่า 25% และโปรไฟล์พลังงานของพวกมันกว้างขึ้นมาก”
การจำลอง
สเปกตรัมการสั่นสะเทือนดังกล่าวมีความสำคัญ เขากล่าว เนื่องจากเป็น “วิธีเดียวที่เราจะเข้าใจโครงสร้างผลึกของไฮโดรเจนความดันสูง” เขากล่าวเสริมว่าผลการคำนวณของทีมแสดง “ข้อตกลงที่น่าทึ่ง” กับผลจากการศึกษาเชิงทดลองของการดูดกลืนรังสีอินฟราเรด “มันเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า
สีดำ และโปร่งใสในอินฟราเรด นี่เกือบจะเป็นเอกลักษณ์สำหรับโลหะ” การคำนวณของเมาริ โมนาเชลลี และเพื่อนร่วมงานยังทำให้พวกเขาคาดการณ์ใหม่ว่า ดิวทีเรียม ซึ่งเป็นไอโซโทปที่หนักกว่าของไฮโดรเจน พร้อมด้วยนิวตรอนและโปรตอนในนิวเคลียส ควรเริ่มนำไฟฟ้าที่ความดันสูงกว่าไฮโดรเจน
หลังจากเอกภพก่อตัวขึ้น ก๊าซยังไม่รวมตัวกันเป็นก้อนเมฆหนาแน่นพอที่จะยุบตัวเป็นกาแลคซีและดวงดาวต่างๆ ดาวฤกษ์เริ่มก่อตัวขึ้นภายในหนึ่งพันล้านปีหลังจากบิกแบงและถึงจุดสูงสุดเมื่อประมาณ 8 พันล้านปีก่อน จากนั้นอัตราการก่อตัวจะช้าลงจนถึงมูลค่าปัจจุบัน ซึ่งต่ำกว่าอัตราสูงสุดประมาณ 20 เท่า
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
