Esta es la historia de un gas que se comporta de una manera que no debería.
Por primera vez, físicos de la Universidad de Harvard convirtieron hidrógeno en metal. Esto demuestra un concepto que predijeron por primera vez hace más de 80 años físicos que ganaron el Premio Nobel por su trabajo.
El hidrógeno, el elemento más pequeño de la tabla periódica, con solo un protón y un electrón por átomo, es un gas a temperatura ambiente y presión atmosférica normal. Por lo general, un átomo de hidrógeno encuentra otro y forma una molécula estable. A estas moléculas les gusta moverse rápidamente de un lado a otro y ocupar mucho espacio, lo que las convierte en un gas. (En realidad, es raro encontrar hidrógeno por sí solo en nuestra atmósfera; como pesa tan poco, la gravedad de la Tierra no logra retenerlo bien).
Pero es posible cambiar el estado de cualquier elemento acelerando o ralentizando sus moléculas, o dándoles más o menos espacio para moverse. Cuanto más baja es la temperatura, más despacio se mueven las moléculas. En este caso, los investigadores ralentizaron muchísimo estas moléculas, hasta el punto de que apenas se movían, al enfriarlas a 5,5 kelvin (-267,65 °C). En ese punto, las moléculas de hidrógeno se ordenan formando una estructura reticular. Luego comprimieron las moléculas hasta alcanzar 495 gigapascales, casi 5 millones de veces la presión que sentimos al nivel del mar.
Cuando las moléculas de hidrógeno superfrías se acercan mucho, ocurre algo extraño. «Al final, [las moléculas] se acercan tanto que dos átomos que forman parte de una molécula no pueden distinguir si deberían estar en esa molécula o en la contigua», afirma Isaac Silvera, autor principal del artículo publicado (de pago) el 26 de enero en la revista Science. En lugar de tener moléculas separadas en la red, los átomos forman una masa muy compacta en la que todos comparten sus electrones, igual que en un metal.
El equipo de investigación puso a prueba las propiedades metálicas del hidrógeno iluminando la muestra y midiendo su reflectividad. Aunque no pueden determinar si el hidrógeno frío y condensado era líquido o sólido, los haces láser de baja energía rebotaron como los científicos esperarían que lo hicieran si la superficie fuera metálica.
Para producir hidrógeno metálico, Silvera y su colega Ranga Dias utilizaron un aparato llamado celda de yunque de diamante que, como su nombre indica, emplea diamantes para aplicar presión a muestras químicas. «Los diamantes son el material más duro que conocemos», afirma Silvera. Pueden soportar mucha presión y son transparentes a la luz y a los rayos X, lo que facilita el estudio de la muestra comprimida dentro de la celda de yunque. En este caso, utilizaron diamantes sintéticos, que no tienen impurezas. También los recubrieron con una fina capa de óxido de aluminio para impedir que las moléculas de hidrógeno se filtraran en las gemas.
Silvera cree que, debido a la forma en que las moléculas se reorganizan en el hidrógeno metálico, existe la posibilidad de que, al calentarlo de nuevo, conserve su estructura y sea un superconductor. Los metales como el cobre de los cables pueden conducir electricidad, pero parte de la energía se pierde en forma de calor (basta pensar en lo caliente que está al tacto una bombilla de filamento). Los superconductores pueden transportar electricidad sin perder energía, pero hasta ahora solo han existido a temperaturas muy bajas, lo que los hace poco prácticos para la mayoría de los usos, ya que mantener las cosas tan frías requiere mucha energía. En un futuro próximo, Silvera tiene previsto investigar para averiguar si, en efecto, el hidrógeno metálico es un superconductor a temperatura ambiente.
