به گزارش چاینا دیلی، این کشف تاریخی با بهره‌گیری از پرتوهای اشعه ایکس نانومقیاس، دقیق‌ترین معماری شناخته‌شده از هیدروژن جامد را تاکنون آشکار کرده است. این یافته مهم در نشریه معتبر نیچر منتشر شد و توجه محافل علمی جهانی را به خود جلب کرد.
هیدروژن در شرایط عادی به‌صورت گاز وجود دارد، اما تحت فشارهای بسیار بالا به فاز جامد وارد می‌شود. با این حال، تا امروز چگونگی آرایش اتم‌ها در این وضعیت همواره یک معمای علمی باقی مانده بود.
به گفته نویسنده اصلی مقاله و محقق مرکز تحقیقات علوم و فناوری فشار بالا در پکن، «با افزایش فشار، ساختار بلوری هیدروژن به‌شدت پیچیده‌تر می‌شود. این پیچیدگی را تنها با روش‌های نوین تصویربرداری می‌توان آشکار کرد.»
در حالت جامد، مولکول‌های هیدروژن از وضعیت نامنظم گازی به آرایشی منظم و شبکه‌ای وارد می‌شوند. این الگوهای بلوری که شامل نظم فضایی دقیق اتم‌ها در ابعاد نانومتری هستند، تعیین‌کننده ویژگی‌های الکترونی، مکانیکی و ترمودینامیکی ماده‌اند.
بر اساس این تحقیق، در فشارهایی بین ۲۱۲ تا ۲۴۵ گیگاپاسکال، بخشی از اتم‌های هیدروژن الگوهایی شبیه به لانه‌زنبوری تشکیل می‌دهند و به ترکیب‌هایی فراتر از مدل‌های ساده گذشته دست می‌یابند. این محدوده فشار، وضعیت بحرانی بین فاز جامد و فلزی هیدروژن را نمایندگی می‌کند.
ساختار بلوری مشاهده‌شده در این مطالعه، برای نخستین بار نشان داد که هیدروژن می‌تواند در فشارهای بالا به فازهای بلوری چندگانه با تقارن‌های متفاوت تقسیم شود — از جمله فازهایی با ساختارهای لایه‌ای، مارپیچ یا شش‌ضلعی.
این یافته نه‌تنها تأییدی تجربی بر پیش‌بینی‌های نظری پیشین است، بلکه پنجره‌ای به سوی کشف فازهای ناشناخته‌تر این عنصر سبک می‌گشاید. هیدروژن فلزی یکی از اسرارآمیزترین و پرانرژی‌ترین مواد شناخته‌شده در جهان است؛ به‌طوری که چگالی انرژی آن تنها پس از انرژی هسته‌ای قرار می‌گیرد.
پیش‌بینی وجود هیدروژن فلزی برای نخستین بار در سال ۱۹۳۵ توسط یوجین ویگنر، فیزیکدان و برنده جایزه نوبل مطرح شد. او تخمین زده بود که چنین حالتی تنها در فشارهایی نزدیک به ۵۰۰ گیگاپاسکال شکل می‌گیرد — فشاری معادل نیرویی که یک جت غول‌پیکر بر نوک یک سوزن وارد می‌کند.
برای رسیدن به این دستاورد، پژوهشگران از فناوری پیشرفته استفاده کردند. دانشمندان چینی مولکول‌های هیدروژن را بین دو نوک الماس فوق‌تیز فشرده کردند. سپس با استفاده از پرتوهای پرانرژی اشعه ایکس که از این ساختار عبور کردند، توانستند تصویر دقیقی از آرایش اتمی آن به دست آورند.
این رویکرد فنی پیشرفته، نه‌تنها موانع فنی پیشین در مطالعه هیدروژن تحت فشارهای فوق‌العاده را پشت سر گذاشت، بلکه پایه‌گذار مسیرهای نوینی برای بررسی پیکربندی‌های بلوری و مسیر شکل‌گیری هیدروژن فلزی خواهد بود.
ساختار بلوری هر ماده، زبان اصلی آن در بیان ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی‌اش است. در مورد هیدروژن — که ساده‌ترین و سبک‌ترین عنصر جهان است — این ساختار می‌تواند کلید درک بسیاری از فرآیندهای بنیادی کیهانی، از جمله شکل‌گیری سیارات غول‌پیکر و هسته‌های ستاره‌ای باشد.
این دستاورد علمی، نمونه‌ای از نقش رو به رشد دانشمندان چینی در پیشبرد مرزهای دانش جهانی و توانمندی آن‌ها در حل پیچیده‌ترین پرسش‌های فیزیک فشار بالا محسوب می‌شود.
منبع: chinadaily
