Investigando cómo se comporta el hidrógeno a presiones descomunales

Cómo el hidrógeno, el elemento químico más abundante en el cosmos, reacciona ante condiciones de presión y temperatura extremas es uno de los principales retos de la física moderna. La importancia de conocer bien al hidrógeno abarca muchos más ámbitos que el exclusivo de este elemento; los conocimientos que se obtengan mediante experimentos que usen al hidrógeno para explorar la naturaleza de los enlaces químicos pueden ampliar significativamente el conocimiento científico sobre la materia.

Recientemente, se ha conseguido examinar el hidrógeno sometido a presiones nunca antes alcanzadas.

A fin de poder estudiar el hidrógeno en esta nueva situación, los científicos, del Instituto Carnegie de Ciencia, en Washington, D.C., Estados Unidos, desarrollaron nuevas técnicas para contener al hidrógeno a una presión de 300 gigapascales (unas 3 millones de veces la presión atmosférica normal) y examinar sus propiedades electrónicas y de enlace químico usando radiación infrarroja.

Observar el comportamiento del hidrógeno a presiones muy altas ha sido un reto difícil de superar, debido a lo difícil que es comprimirlo hasta ese punto. Se sabe que el hidrógeno tiene tres fases moleculares sólidas. Sin embargo, apenas se sabe nada de las estructuras y propiedades de las fases a presiones muy altas.

Por ejemplo, ha sido de particular interés una transición hacia una fase que se produce a unos 150 gigapascales (alrededor de 1,5 millones de veces la presión atmosférica) y a bajas temperaturas. Sin embargo, no se ha podido estudiar el hidrógeno a presiones mucho más altas usando técnicas de compresión estáticas, debido a los obstáculos tecnológicos que lo han venido impidiendo.


Se ha considerado que, sometido a presiones altas, el hidrógeno se transforma en un metal (adquiere las propiedades típicas de los metales), lo que significa, entre otras cosas, que es capaz de conducir la electricidad. Podría incluso convertirse en un superconductor, o en un superfluido que nunca se congela, un estado completamente nuevo y exótico de la materia.

En este nuevo trabajo, el equipo de investigación, que incluyó a Chang-sheng Zha, Zhenxian Liu, y Russell Hemley, desarrolló nuevas técnicas para medir muestras de hidrógeno a presiones superiores a 300 gigapascales (más de 3 millones de veces la presión atmosférica normal) y a temperaturas que oscilan desde los 261 grados centígrados bajo cero (438 grados Fahrenheit bajo cero) hasta cerca de la temperatura ambiente.

El equipo comprobó que el estado molecular se mantenía estable a presiones muy altas, lo cual confirma la extraordinaria estabilidad del enlace químico entre los átomos. Este trabajo refuta las interpretaciones de los experimentos realizados por otros investigadores, publicadas el año pasado, que indicaban que aparecía un estado metálico bajo estas condiciones.