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Materialforschung extrem : Wasserstoff zu Metall gequetscht?

Wasserstoffprobe zwischen zwei Diamantspitzen einer Hochdruck-Stempelzelle, künstlerische Darstellung. Im Hintergrund ist der Jupiter eingeblendet. Im Inneren des Gasplaneten, soll Wasserstoff flüssig sein. Bild: Mohamed Zaghoo, Harvard SEAS.

Zwei amerikanische Forscher wollen Wasserstoff so stark komprimiert haben, dass es sich in ein festes Metall verwandelt hat. Doch viele Fragen bleiben offen und so hagelt es reichlich Kritik von den Kollegen.

          Obwohl es das einfachste und das häufigste Element im Universum ist, stellt Wasserstoff die Wissenschaft seit mehr als achtzig Jahren vor ein großes Rätsel: Lässt sich Wasserstoff in ein festes Metall verwandeln, wenn man das zweiatomige Gas stark abkühlt und komprimiert? Was die beiden Theoretiker Eugene Wigner und Hillard Bell Huntington 1935 prophezeiten, woran aber Generationen von Experimentalphysikern gescheitert sind, wollen zwei Forscher von der Harvard University in Cambridge nun tatsächlich in ihrem Labor erreicht haben.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Isaac Silvera und Ranga Dias hätten beobachtet, so ist in der Zeitschrift „Science“  zu lesen, wie molekularer Wasserstoff von der flüssigen schließlich in die feste Phase wechselte und dabei metallisch wurde. Allerdings sei dazu ein zwanzigfach höherer Druck (rund fünf Millionen Bar) erforderlich gewesen, als Wigner und Huntington einst berechneten. Für ihre Experiment  haben die beiden Forscher den Wasserstoff zwischen einem Paar von konisch geformten und besonders harten Diamanten einer Stempelzelle plaziert und  allmählich mechanisch  von außen den Druck auf die Probe erhöht. Die Apparatur  wurde dabei bis auf eine Temperatur von rund minus 260 Grad gekühlt, so dass der Wasserstoff bereits zu Beginn der Messungen flüssig war.

          Verräterischer Glanz als Indiz für metallischen Wasserstoff

          Ist der heilige Gral der Hochdruck-Physik damit endlich gefunden? Viele Wissenschaftler, die beim Versuch, Wasserstoff in ein festes Metall zu verwandeln, bislang erfolglos geblieben sind, haben Zweifel. Sie bemängeln, dass der zweifelsfreie Nachweis des exotischen Aggregatzustands fehle. Dass sich metallischer Wasserstoff in der Stempelzelle gebildet habe, machen Silvera und sein Kollege nur am optischen Reflexionsverhalten der komprimierten Probe fest.

          Molekularer flüssiger Wasserstoff bei einem Druck von 2 Millionen Bar und einer Temperatur von etwa minus 260 Grad. In dieser Form verhält sich das Element wie ein Isolator und ist für sichtbares Licht transparent. Bilderstrecke

          So zeigen Aufnahmen, dass der anfänglich transparente molekulare Wasserstoff - von 4 Millionen Bar an - allmählich dunkel wurde, also alles Licht absorbierte, und bei maximalem Druck wie ein solides Metall glänzte. Dabei sei der Wasserstoff vom halbleitenden in den metallischen Zustand übergegangen. Silvera und Dias ermittelten eine hohe Reflektivität ihres „metallischen“ Wasserstoffs von 0,91.

          Doch die Indizien sind vielen Forschern zu dünn. So könnte der metallische Glanz vom Aluminiumoxid verursacht worden sein, mit dem die Harvard-Forscher die beiden Diamanten als Schutz beschichteten und das sich gelöst haben könnte. Nur Röntgen- und Raman-Streuung an der Probe könnten hier Klarheit schaffen. Dann würde man auch erkennen können, ob die für den metallischen festen Wasserstoff typische atomare Struktur tatsächlich vorliegt.  Es wird auch bezweifelt, ob der genannte Druck in der Stempelzelle tatsächlich auch der erreichte ist, denn man habe keine entsprechenden kontinuierlichen Messungen vorgenommen. Nur am Ende des Experiments habe man den aktuellen Druck in  der Stempelzelle ermittelten.

          Ein weiterer Kritikpunkt: Das Experiment sei weder von Silvera und Dias noch von anderen Forschergruppen bisher wiederholt worden - eine Bedingung für seriöse Forschung. Man habe möglichst schnell publizieren wollen und habe den Versuchsaufbau erst mal in die Ecke gestellt, ist aus Harvard zu hören. Keine optimalen Voraussetzungen für eine Jahrhundertentdeckung.

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