Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Dünya’nın Tek Metalik Hidrojen Örneği Kayboldu

Hazırlayan: Ece Özen

Harvard Üniversitesi’nden bilim insanları geçen ay araştırmacıların 80 yıldır başarmak için mücadele ettikleri bir şeyi sonuca bağladıklarını iddia ettiler. Yüksek basınçlı fiziğin kutsal kasesi: Metalik hidrojen elde etmek.

Ve yalnızca metalik hidrojeni elde etmekle kalmadılar, bu maddeyi laboratuvarda kararlı halde tutmayı da başardılar. Dünya üzerindeki ilk metalik hidrojen örneğine sahiptiler. Ancak takımın şu an kötü haberleri var: Örnek ortadan kayboldu.

Not: Metalik hidrojen, Jüpiter, Satürn, Neptün ve Uranüs gibi gaz devi gezegenlerin derinliklerindeki çok yüksek basınçta var olduğu düşünülen hidrojen formudur. Hidrojenin bu metalik özelliği sayesinde, gaz gezegenlerin devasa manyetik alanları oluşuyor. Ancak, hidrojenin basınç altında bu forma ulaşabildiğine dair bir kanıt elde edememiştik geçtiğimiz aylara kadar.

Bahsettiğimiz metalik hidrojen laboratuvar ortamında 80o Kelvin’de tutuluyordu. Daha anlaşılır söylemek gerekirse -193o  Celcisus’a eşit bir sıcaklıktan bahsediyoruz. Ve tabii ki metalik hidrojenin saklandığı bahsettiğimiz ortam iki elmastan oluşan bir mengenenin oluşturduğu inanılmaz yüksek bir basınç altındaydı.

Metalik Hidrojen

İki elmas arasında yüksek basınca maruz tutulan hidrojenin basınç arttıkça metale dönüşmesi. Solda, 205Gpa basınç altında hala saydam olan hidrojen, ortadaki fotoğrafta görülen 415Gpa basınç altında opaklaşıyor ve en sağda 495Gpa basınç altında metalik özellik göstermeye başlayor.

2017 Şubat ayının ortalarında yapılan testler, elmasların kırılmasına ve mengenenin bozulmasına sebep oldu. Bu olaydan sonra araştırmacılar metalik hidrojenin önceden var olan izini kaybetti.

Bunun anlamı düşündüğünüz gibi metalik hidrojenin parçalanması olmak zorunda değil, bahsettiğimiz metalik hidrojen 1.5 mikrometre civarında bir kalınlığa ve 10 mikrometre civarında –yaklaşık olarak normal bir insan saçının yarıçapının 5 katı- bir yarıçapa sahipti. Bu sayılara bakınca metalik hidrojenin herhangi bir yerde varolmaya devam ettiği ancak şu an kayıp olduğu ihtimali de olası görünüyor.

Ancak başka bir olasılık daha var. Elmas mengenenin kırılmasına sebep olan basınç, hidrojenin gaz haline dönüşmesine sebep olmuş olabilir. Metalik hidrojenin öngörülen özelliklerine bakıldığında metalik hidrojen örneğinin oda basıncında kararlı bulunamadığı da görülüyor.

Metalik hidrojen üzerinde 45 yıldır çalışan takım lideri Isaac F. Silvera örneğin geleceği içi şu an yorum yapamadıklarını söylüyor.

“Temelde, metalik hidrojen örneği ortadan kayboldu, oda basıncında herhangi bir yerde olabilir ya da gaz haline dönüşmüş olması da olası. Bilmiyoruz.”

Hayal kırıklığına uğradığını söyleyen Silvera, şu an için geliştirilmiş bir elmas mengene üzerinde çalıştıklarını ve gelecek haftalarda metalik hidrojeni tekrar üretmeye çalışacaklarından bahsediyor.

“İlk seferde ürettiğimiz basıncı tekrar üretebilirsek, yeni bir deney tasarlayıp metalik hidrojeni tekrar üretmeye çalışacağız.”

Olay takımın deneyi paketleyip ileriki testler için Argonne Ulusal Laboratuvarı, Şikago’ya gitmek için hazırlandığı sırada gerçekleşti.

Peki neden metalik hidrojen bu kadar önemli?

Adından da anlaşıldığı gibi bu madde hidrojenin metal formu. Hidrojen, evrende hakkında en çok bilgi sahibi olduğumuz, üzerine en çok çalıştığımız element. Doğal hali kesinlikle metal değil. Hiç bir metal özelliğini göstermiyor, örneğin parlak değil ve elektriği iletmiyor.

Geçmişe, 1935 yılına döndüğümüzde, araştırmacılar sabit yüksek basınç altında hidrojenin metalik özellik göstereceğini öngördüler. O tarihten beri, bilim insanları laboratuvar ortamında metalik hidrojeni ortaya çıkarmaya çalıştılar. Metalik hidrojeni ortaya çıkarmak korkunç derecede yüksek bir basınç istediği kanıtlandığı için çok zordu.

metalik-hidrojen-duzenegi-7155

Metalik hidrojenin elde edildiği düzenek ve basıncı koruyabilecek kadar dayanıklı elimizdeki tek madde olan elmastan yapılmış iki mengenenin bir bozuk parayla boyutlarının kıyaslanışı.

Ancak Silever’ın önderlik ettiği araştırma grubu bunu geçen sene iki sentetik elmastan metalik hidrojen örneğini sıkıştıracak bir mengene üreterek ekimde başardı. Basıncın artmasının sonuçlarını araştırmacılar gözlemleyebildi. İlk başta metalik hidrojen saydamken basınç arttıkça karanlık, parlak ve metalik bir maddeye dönüştü.

Bu çok büyük bir olaydı, yalnızca hidrojenin yüksek basınç altında metalik özellikler gösterdiğinin bir kanıtı olarak değil, bunun yanında metalik hidrojenin direnç özelliği olmaksızın elektrik akımını ileten süperiletkenler gibi biraz çılgınca ve yararlı özellikleri olabileceği öngörülüyor.

Metalik hidrojen kimyasal bağlarının arasında çok fazla enerji depolar. Bu özelliğinden dolayı metalik hidrojen bu zamana kadar keşfedilen en kuvvetli uzay gemisi yakıtı olabilir.

Araştırmalarının Science dergisinde yayınlanmasını beklerken ekip elmas mengene içindeki metalik hidrojeni aşırı soğuk sıcaklıklarda beklettiler ve başlangıç seviyesindeki testleri yürüttüler. Bu testlerin en önemli sonuçlarından biri metalik hidrojenin gerçekten metal olduğuna en büyük kanıt olan maddenin yansıtıcı özelliğiydi.

Bunun yanında düşük güçlü bir kırmızı lazerle metalik hidrojen örneğinin üzerindeki basıncı ölçmek için deneyler yaptılar. Hesaplamalar örneğin üzerinden 465 ile 495 Gpa (giga pascal) arasında bir basınç olduğunu gösterdi. Daha anlaşılır bir şekilde bakarsak bu basınç Dünya üzerinde deniz seviyesindeki atmosfer basıncının 4 milyon katına eşittir. Bu arada bulunan bu değer, metalik hidrojenin ortaya çıkarılması için öngörülen gerekli basıncın da neredeyse 20 katına eşittir.

Fakat takımın yapamadığı daha bir çok deney var. Örneğin, metalik hidrojenin sıvı veya katı olması durumundaki ölçümleri, metaller için çok önemli bir özellik olan elektrik iletkenliği.

elmas-3618817

Elmas, insanların çoğu için büyüleyici güzellikte ve çok değerli bir mücevherdir. Ancak, bilim insanları için “en sert madde” olmaktan daha büyük anlamı yoktur.

Sonuç olarak, metalik hidrojen üretilmiş olsa da, bilim dünyasında bununla ilgili bir çok şüphe ve münakaşa devam ediyor. Fransa, Bruyères-le-Châtel Atomik Enerji Komisyonu’ndan Paul Loubeyre yayınlanan çalışmaların ikna edici olmadığını düşünüyor.

Gelecek testleri tamamlamak için Silvera ve ekibi örneği Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki elektron çarpıştırıcısına göndermeyi planlıyorlardı. Örneği yollamadan önce bahsettiğimiz düşük güçlü kırmızı lazer ile örneğin basıncını tekrar ölçmek istediler. Bu defa kırmızı lazerden gelen enerji, sistemin bozulmasına ve elmasların parçalara ayrılmasına sebep oldu.

“Düğmeye basar basmaz, tek bir dokunuş ile elmaslar kırıldı. Bir tanesi feci bir şekilde toz haline geldi” diye açıklıyor Silvera. “Böyle şeylerin başka takımlara olduğunu biliyorduk ama güvende olduğumuzu düşünmüştük. Bu testi daha önce de yapmıştık ancak, besbelli zamanla bir şeyler değişmiş. Belki elmaslarda bir bozulma vardı ya da bir hidrojen yayılması. Bilemiyoruz.”

Silvera deneylerin bu kısmında değilse bile kısa bir süre sonra tekrar metalik hidrojen elde edecekleri konusunda kendinden emin. Ve işlemleri aynı şekilde tekrarlamanın şüpheleri olanları ikna edeceği görüşünde.

“Bu ortadan kaybolma deneyin geçerliliğine gölge düşürmemeli. Yüksek basınç ile çalışan herkes bu tip başarısızlıkları bilir. Buradaki önemli şey ise şu: örnek yansıtıcı ve katıydı. Bu bir yenilgi değil, yalnızca örnek üzerinde daha çok ölçüm yapamadığımız için hayal kırıklığı yaşıyoruz.

Her zaman kuşkucu insanlar vardır ve benim onlara tavsiyem aynı deneyi tekrarlamayı denemeleri. Biz metalik hidrojeni laboratuvar ortamında elde etmek için yaptığımız her şeyi gösterdik, böylece diğer araştırma grupları da bunu deneyebilirler. Bu bilimsel method ve sonuçlar hakkında şikayet etmekten daha iyi” diye ekliyor Silvera.

Deneyin gelecek aşamasında Silvera ve ekibi daha kararlı olmasını umarak farklı bir sentetik elmas türü kullanacak. Ayrıca derslerini aldılar, yeni elde edecekleri örneği ileri seviye testlere tutmak için çok uzun süre beklemeyecekler.

“Eğer bir örneği gereğinden fazla elinizde tutarsanız, işleri bir şekilde kötüleştiriyorsunuz. Bu yüzden gelecek sefer metalik hidrojenin bir örneğini elde ettiğimizde, elimizden geldiğince çabuk önemli ve ileri seviye testlerini tamamlayacağız,” diye açıklıyor Silvera.

Biz de onlara şans diliyor ve araştırma sonuçlarını merakla bekliyoruz.

Çeviren: Ece Özen

Çeviri Linki: http://www.sciencealert.com/the-world-s-only-metallic-hydrogen-sample-has-disappeared
En üstteki kapak fotoğrafı: Max Alexander/Science Photo Library

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Ece Özen

Marmara Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği öğrencisi. Kendisi hakkında bütün bildiği bu kadar. Hayat zor, hayat acımasız, bir de sıkıcı…