Idrogeno metallico: sogno o realtà?

L’esistenza dell’idrogeno metallico è stata teorizzata oltre 80 anni fa, ma le prove della sua esistenza non erano mai state trovate, seppur inseguite da molti scienziati. Si tratterebbe di uno dei materiali più rari e preziosi mai individuati sulla faccia della Terra, ma i numerosi tentativi fallimentari per ottenerlo hanno portato a definire l’idrogeno metallico come il “sacro Graaldella fisica delle altissime pressioni. Isaac Silvera e Ranga Dias dell’Università di Harvard a Cambridge (USA) hanno annunciato dalle pagine di Science di essere finalmente riusciti nell’impresa e di aver creato l’idrogeno metallico. Si tratterebbe di una scoperta epocale in grado di rivoluzionare ampi settori della scienza e della tecnica, dalla fisica dei superconduttori, allo sviluppo di  vetture ad energia pulita ai viaggi spaziali. Il condizionale, tuttavia, è d’obbligo, in quanto sono molte le polemiche suscitate da questo annuncio e i dubbi che questo studio ha lasciato irrisolti.

 

L’unicorno della fisica delle alte pressioni

L’idrogeno è l’elemento chimico più abbondante sul nostro pianeta, dove si trova in forma di gas  biatomico (H2). A determinate condizioni di temperatura e pressione, come ad esempio quelle presenti all’interno di Giove, l’idrogeno si può presentare come liquido, una struttura dove gli atomi non sono organizzati in un reticolo cristallino ma piuttosto in un sistema “liquido” di protoni e elettroni. Con l’ulteriore aumento della pressione la struttura molecolare dell’idrogeno è in grado di modificarsi ancora fino a diventare un vero e proprio reticolo cristallino, passando da idrogeno liquido a idrogeno solido. Nel 1935 venne teorizzato da Eugene Wigner e Hillard Bell Huntington che in condizioni di pressioni estreme, oltre le 250.000 atmosfere, l’idrogeno solido, non in grado di condurre elettricità, potesse comportarsi come un conduttore e diventare quindi “idrogeno solido metallico“.  La soglia di pressione definita dai due fisici, tuttavia, è stata superata da tempo alla ricerca di questo prezioso materiale, senza tuttavia riuscire mai a identificarlo, tanto da farlo diventare una sorta di “unicorno” tra i fisici delle alte pressioni.

 

Un metallo rivoluzionario

Ma perché tanto interesse nei confronti dell’idrogeno metallico? Per le sue numerose applicazioni, alcune potenzialmente rivoluzionarie. Si è ipotizzato, infatti, che l’idrogeno metallico possa essere metastabile, cioè in grado di restare metallico anche una volta diminuita la pressione necessaria per ottenerlo. Questo potrebbe fare dell’idrogeno metallico un superconduttore, ma non alle bassissime temperature alle quali normalmente si ottiene questa caratteristica bensì a temperatura ambiente. Si tratterebbe di una scoperta dall’enorme impatto economico in quanto significherebbe poter condurre corrente elettrica a temperatura ambiente con una dissipazione quasi pari a zero, contro il 15% che viene normalmente perso durante la trasmissione su un conduttore tradizionale. L’idrogeno metallico, inoltre, se riconvertito in idrogeno molecolare puo rilasciare un’enorme quantità di energia, pari a quella necessaria per crearlo. Questo lo renderebbe un ottimo propellente, particolarmente adatto alle esplorazioni spaziali.

 

Una pressione di 495 gigaPascal

I due fisici americani, per riuscire laddove tutti hanno fallito precedentemente, hanno utilizzato una cella a incudini di diamante, un dispositivo che permette di “comprimere” un campione a pressioni estremamente elevate e di monitorarne lo stato. Una volta raggiunta la pressione di 495 megapascal, valore che non viene raggiunto nemmeno al centro della Terra, i ricercatori hanno osservato diventare da trasparente a un colore rossastro e riflettente, chiaro segnale, a detta degli autori, del passaggio allo stato metallico.

La transizione dell’idrogeno compresso da idrogeno biatomico (trasparente, A) a idrogeno solido metalico (riflettente, C)  immortalata in una sequenza di fotografie, all’aumentare della pressione. Immagine: R. Dias e I.F. Silvera

 

L’annuncio non ha lasciato indifferente la comunità di fisici che da anni si occupa di idrogeno metallico. Come riportato da Nature, molti di loro non credono di essere di fronte ad una vera svolta, ma piuttosto ad un annuncio frettoloso fatto prima delle dovute verifiche. Secondo alcuni, infatti, il materiale rossastro visto a 495 megapascal non sarebbe idrogeno metallico ma ossido di alluminio, che ricopre normalmente le estremità degli incudini utilizzati nella cella a diamanti e che potrebbe comportarsi in maniera anomala a pressioni così alte. Secondo altri, i due ricercatori hanno sovrastimato i valori di pressione raggiunti all’interno della cella a causa di una calibrazione imprecisa degli strumenti. D’altra parte, sono gli stessi autori dello studio ad ammettere di aver basato la pubblicazione su una singola osservazione e di dover ripetere l’esperimento. Saranno quindi i prossimi esperimenti a dirci se, come sostenuto dalla rivista Science e dai ricercatori di Harvard, l’idrogeno metallico finalmente è stato creato o se, come ipotizzato dai più scettici, siamo di fronte all’ennessimo tentativo finito con un nulla di fatto.

 

Immagine box di apertura: Flickr

Immagine banner in evidenza: R.Dias, I.F. Silvera

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