Más de 80 años después de que se pronosticara por primera vez, los físicos han creado hidrógeno metálico – una forma misteriosa de hidrógeno que podría ser capaz de ser un gran superconductor de electricidad sin resistencia a temperatura ambiente.

Los científicos han sospechado que el hidrógeno podría existir como metal en ciertas partes del Universo, pero esta es la primera vez que el hidrógeno metálico ha sido creado en la Tierra y el material es aún más extraño y fascinante de lo que los científicos imaginaban.

«Este es el santo grial de la física de alta presión», dice el investigador principal Isaac F. Silvera de la Universidad de Harvard. «Es la primera muestra de hidrógeno metálico en la Tierra, así que cuando lo estás viendo, estás mirando algo que nunca ha existido antes».

La tabla periódica puede dividirse en dos categorías: metales y no metales. Entre muchas otras propiedades, los metales son lustrosos (brillantes), buenos conductores, y usualmente sólidos a temperatura ambiente, mientras que los no metales tienen un aspecto opaco y son conductores pobres.

Como la mayoría de nosotros aprendimos en la escuela secundaria, el hidrógeno – el primer elemento en la tabla periódica – es un no-metal.

Pero en 1935, los investigadores predijeron que bajo ciertas condiciones, este elemento común y muy estudiado podría tener sus átomos unidos tan fuertemente, que el material no sólo tomaría las propiedades metálicas, sino que de hecho podría convertirse en un metal.

Pero esas condiciones no son fáciles de lograr, sino que implicaban alcanzar presiones increíblemente altas a temperaturas extremadamente bajas, razón por la cual durante más de 80 años, y a pesar de numerosos intentos, nadie había podido demostrar que era posible, hasta ahora.

«La parte más emocionante es que presurizamos gas de hidrógeno a presiones suficientemente altas y lo vimos convertirse en un metal», dijo Silvera a ScienceAlert.

Silvera ha estado tratando de crear hidrógeno metálico durante 45 años.

«El hidrógeno pasó de ser transparente, no transparente y negro, y de repente se volvió brillante», explicó. «Realmente podríamos ver que se convirtió en un metal.»

Usted puede ver este material, por primera vez en el planeta Tierra, a continuación:

Esto no es sólo emocionante como una prueba de concepto en el mundo de la física, aunque es definitivamente eso. El hidrógeno metálico ha sido la fuente de tanta especulación a lo largo de los años porque se prevé que tenga algunas propiedades increíbles.

Más importante aún, los físicos piensan que el hidrógeno metálico podría ser un superconductor a temperatura ambiente, lo que significaría que el material podría conducir electricidad con cero resistencia – y sin tener que enfriarse primero a temperaturas locas.

Ya sabemos de muchos materiales superconductores – los usamos para crear los poderosos campos magnéticos en nuestras máquinas de resonancia magnética – pero sólo son capaces de lograr superconductividad a temperaturas por debajo de -269 grados centígrados (-452.2 grados Fahrenheit), lo que los hace costosos y no prácticos para muchos propósitos.

Si los científicos pudieran lograr esa misma superconductividad a temperatura ambiente, sería enorme, porque significa que podríamos crear cosas como líneas eléctricas que no pierdan electricidad entre la planta de energía y su hogar. En este momento, la red pierde hasta el 15 por ciento de su energía como calor, debido a la resistencia.

El material también podría ser el propulsor de cohetes más poderoso jamás descubierto, con una energía increíble almacenada en sus enlaces capaces de volar a mundos lejanos.

Para ser claro, el hidrógeno metálico que Silvera y su equipo han creado es de sólo aproximadamente de 1 a 1,5 micrones de espesor, y 10 micras de diámetro, por lo que es pequeño.

Y hasta que la revisión por pares haya confirmado que su muestra era el trato real, los científicos estarán renuentes a realizar demasiadas pruebas en él, por lo que no tenemos pruebas hasta ahora que sugieran que el material es un superconductor. Eso es algo que será investigado en los próximos meses.

Pero por ahora, sabemos que la muestra es real, y ha estado estable en el laboratorio de Silvera desde octubre.

Los investigadores han afirmado que han hecho las primeras etapas del hidrógeno metálico en el pasado – e incluso afirmó la evidencia de hidrógeno metálico en sí. Pero estos informes nunca han sido verificados. Esta última afirmación tendrá ahora la oportunidad de tener cuestionamientos en ella por los críticos, pero hasta ahora la muestra ha resistido todas las pruebas metálicas pertinentes.

Para crear la muestra, el equipo atrapó gas hidrógeno dentro de un pequeño depósito de diamante, lo enfriaron a 5.5 Kelvin (-267.65 grados Celsius y -449.77 grados Fahrenheit) y lo pusieron bajo una presión increíblemente alta.

Y cuando decimos alta presión, queremos decir alta presión. En 1935, se predijo que el hidrógeno metálico surgiría a 25 gigapascales (GPa) de presión. Pero Silvera y su equipo finalmente lo lograron a presiones entre 465 y 495 GPa – casi 20 veces más de lo previsto inicialmente.

Para la perspectiva, 1 GPa equivale a 1 millón de kilopascales (KPa), y la presión media al nivel del mar en la Tierra es 101.325 KPa.

El equipo rápidamente vio su cambio de apariencia, pero para verificar que lo que habían creado era hidrógeno metálico, utilizaron medidas espectroscópicas, incluyendo la medición de su reflectividad, y mostraron que lo que originalmente era un gas de hidrógeno estándar (H2) se había transformado en un metal atómico .

Puedes ver la estructura atómica siguiente:

Ahora que sabemos que existe hidrógeno metálico, quedan muchas preguntas por responder. La más grande de éstas es si el hidrógeno metálico es un líquido o un sólido – como los investigadores han predicho que podría ser ambos.

Hasta ahora, Silvera y su equipo creen que lo que han creado es sólido, pero van a realizar análisis más detallados del material ahora que ha sido verificado (algo que no estaban dispuestos a arriesgar antes en caso de que sin darse cuenta destruyeran La muestra frágil).

También se realizarán pruebas al metal con corriente para probar si realmente es un superconductor a temperatura ambiente – algo que es posible si es un líquido o sólido.

«Va a ser un desafío, pero vamos a intentarlo», dice Silvera.

Por extraño que parezca, Silvera dice que también es probable que el hidrógeno metálico sea metaestable, lo que significa que incluso si se libera la presión, permanecerá metálico.

Un ejemplo común de un material metaestable es el diamante, que es una forma metaestable de carbono. Para hacer diamante, usted pone el grafito bajo presión y calor increíbles – algo que sucede naturalmente bajo la superficie de la Tierra.

Pero incluso cuando se cavan diamantes fuera de la tierra, siguen siendo diamantes.

Lo mismo podría ser cierto con el hidrógeno metálico, y esto es algo que también será probado una vez que se hayan realizado todos los análisis en la muestra, en este caso las predicciones podrían ser incorrectas, y el material quizá se disperse de nuevo en un gas cuando se levante la presión.

«Vamos a trabajar en esta muestra por un tiempo, y luego vamos a liberar la presión y ver si la muestra persiste como hidrógeno metálico», dice Silvera. «Y luego vamos a cargar otra muestra.»

Hay momentos emocionantes por delante, y muchos más descubrimientos que se harán. Pero hoy hemos demostrado que el más común de todos los elementos del Universo puede existir en una forma completamente nueva, y eso es motivo suficiente para celebrar.

La investigación ha sido publicada en Science.