Hidrógeno metálico: el contraataque

Como todo en esta vida, una vez el tiempo pasa las noticias son solo recordadas por aquellos a los que ha afectado directamente o indirectamente. Sin embargo, en el mundo científico todo es analizado y revisado concienzudamente hasta probar los puntos débiles de cada trabajo y permitir dar un paso más hacia el conocimiento total de la realidad que nos rodea. En este marco, las suspicacias y animadversiones levantadas por el artículo sobre el descubrimiento del hidrógeno metálico¹ y sobre todo, por uno de sus autores, han hecho que todo este proceso se acelere. Recientemente, hablamos en el blog sobre el descubrimiento del hidrógeno metálico (aquí). En él predijimos que se abriría una guerra entre el grupo que proclamó su descubrimiento y el resto de investigadores rivales que han ido tras su búsqueda prácticamente toda su vida. Heridos en el orgullo de no ser ellos los primeros descubridores, empezaron a dar entrevistas a los principales portales científicos destacando los defectos evidentes que tenía el artículo. Nada era hasta entonces muy grave, se basaba sobre todo en no tener una confirmación clara de la fase metálica de este compuesto, y además las respuestas del propio grupo parecían coherentes y concluyentes. Sin embargo, las pequeñas incursiones en territorio enemigo se están convirtiendo por momentos en invasiones armadas y las pequeñas escaramuzas en un ataque con toda la artillería.

La Carnegie Institution for Science tiene uno de los grupos de investigación más renombrados en alta presión, el llamado Geophysical Laboratory. Se juntan allí varios de los más prestigiosos científicos en este campo. Su misión es la exploración de la materia extrema en todos los ámbitos: síntesis, propiedades extraordinarias, biología en condiciones extremas o formación planetaria. Hasta ahora, los esfuerzos de los científicos de este grupo, en lo relativo al hidrógeno, se habían centrado en la síntesis de polihidruros. Estos compuestos son mucho mejores candidatos para tener propiedades superconductoras a temperaturas superiores a la ambiente y presiones muy inferiores a las estudiadas con el hidrógeno. Sin embargo, visto el gran revuelo levantado por este descubrimiento, dos de sus científicos más reseñables han analizado cuidadosamente los resultados expresados por Dias y Silvera.

Gontcharov y Struzhkin², bien conocidos por sus minuciosos trabajos en el campo de la presión más allá del megabar (>100 GPa), se han puesto manos a la obra para estudiar la publicación de Dias y Silvera. Estos investigadores reclaman que no es tan importante el conseguir la fase metálica del hidrógeno, sino el análisis de las condiciones en las que se alcanza y sus propiedades. Por otro lado, recogen la que parecía ser hasta ahora la principal queja sobre el artículo: cómo saber la presión a la que está la muestra. Como comentamos en la anterior entrada, en el trabajo de Dias y Silvera no se siguió la evolución del pico Raman con la presión sino que se midió exclusivamente cuándo se creía que se estaba a la presión crítica de metalización. Además, esta medida tenía baja calidad y por tanto la presión no era determinada de forma precisa. Esto no invalida la fase metálica del hidrógeno pero sí la presión a la que se produce.

Por otra parte, estos autores destacan el hecho de que hay una total ausencia de pruebas de que el hidrógeno está en la cavidad de presión ya que no se miden ninguna de sus propiedades fundamentales. Por ahora, todo dentro de lo ya contado. Sin embargo, un nuevo y poderoso argumento ha salido a la luz: la corrección de la absorción óptica del diamante a tan altas presiones.

La existencia de la fase metálica del hidrógeno se propuso por el incremento de reflectancia de este en la cavidad de presión a partir de una cierta presión. Para medir ese parámetro óptico se introduce un láser o un haz de luz a través de uno de los diamantes hasta llegar a la muestra y se recoge cuánto vuelve o se refleja, pero el hecho de que tenga que atravesar un diamante implica la corrección de la cantidad de luz que llega al detector. A presiones ambientales, el diamante es totalmente transparente a la luz visible; sin embargo, a presiones tan altas como las que se reclaman en el artículo de Dias y Silvera, hay que aplicar factores de corrección de la absorción óptica del diamante.

Según Gontcharov y Struzhkin, estos factores de corrección fueron aplicados de forma errónea. Para llegar a esta conclusión, se basan en un artículo de Vohra³ donde se analiza la reflectancia del diamante hasta 338 GPa. Extrapolando la evolución observada a la presión crítica propuesta por Dias y Silvera, tenemos que la reflectividad mostrada por la muestra es muchísimo menor que la publicada, lo que implicaría la caída del principal pilar en el que se basa el artículo y por lo tanto, que la fase del hidrógeno que se observa no es en absoluto metálica.

Fig. 1. Reflectancia del hidrógeno a 495 GPa medida por Dias y Silvera¹ (circulos llenos-corregidos, circulos abiertos–sin corregir) comparada con la transmitancia del diamante estudiada por Vohra³ – a 230, 257, 311, y 338 GPa. Teniendo en cuenta estos datos y extrapolándolos a 495 GPa, los datos corregidos por esta extrapolación vendrían dados por los triangulos abiertos.

Como los problemas nunca vienen solos, diez días después de la aparición de este “comment” se ha publicado otro de otros autores. En este caso, el archienemigo de Silvera, Eremets (junto a Drozdov⁴ ), desde Mainz, analizan los puntos débiles del artículo, de una forma más amplia y no tan específica como Gontcharov y Struzhkin, pero sin duda más implacable dado el carácter personal innegable del que se ha impregnado este manuscrito. En este “comment”, Eremets y Drozdov han realizado un concienzudo análisis de cómo se ha medido la presión a través del pico Raman del diamante. Estos autores defienden no solo que la escala usada por Dias y Silvera para la determinación de la presión está equivocada, sino que al no seguir la evolución del pico Raman no se puede estar seguro que el pico medido sea el que se debe seguir para la calibración.

Asimismo, argumentan que si se establece que la presión está mal determinada, el valor de presión coincide con la presión crítica donde observaron un aumento de la conductividad eléctrica y proclamaron que podría ser debido a la fase metálica del hidrógeno⁵. En su defensa, hay que decir que lo dijeron con la boca pequeña porque no pudieron repetir el experimento, y ahí atacan a otro flanco débil del artículo de Dias y Silvera, la reproducibilidad. Este “comment” continúa sus críticas en el origen de la reflectividad observada. Mientras que Gontcharov y Struzhkin criticaban la corrección de los valores de esta al atravesar el diamante a tan alta presión, Eremets y Drozdov van al origen de la misma proclamando que no se ha demostrado que la alta reflectividad provenga del hidrógeno y no de la alúmina a alta presión o a una reacción del hidrógeno con la alúmina o incluso a una reacción del hidrógeno con el diamante. Incluyen también estos autores los mismos argumentos mostrados por los primeros citando el artículo de Vohra en el mismo contexto que Gontcharov y Struzhkin pero sin llegar a aplicar ninguna extrapolación de la corrección de la reflectancia por el diamante, sino sólo reclamando que no pudieron obtener el mismo valor que aplica Dias y Silvera. En su defensa hay que decir que han citado el “comment” de Gontcharov y Struzhkin.

Fig. 2. Muestra de hidrógeno a 337 GPa (fila de arriba) y a 380 GPa (debajo) combinado con 170K. Las imágenes fueron tomadas con luz reflectada, transmitida y una combinación de ambas. 

La guerra ha empezado. A la agresión inicial de proclamar conquistado el territorio del hidrógeno metálico, los aliados han respondido usando artillería pesada contra los rebeldes. Habrá que esperar la respuesta de éstos y ver quién gana la guerra, que podemos pensar que llegue en forma de premio Nobel. O no. 

Texto escrito por Juan Ángel Sans (@tresse77).

[1] R.P. Dias, I.F. Silvera. Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen. Science. DOI 10.1126/science.aal1579 (2017).

[2] A. F. Gontcharov y V. V. Struzhkin. Comment on Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen. arXiv:1702.04246.

[3] Y.K. Vohra. Isotopically pure diamond anvil for ultrahigh pressure research. Proceedings of the XIII AIRAPT International Conference on High Pressure Science and Technology (1991, Bangalore, India, 1991). (1991).

[4] M.I. Eremets y A. P. Drozdov. Comments on the claimed observation of the Wigner-Huntington Transition to Metallic Hydrogen. arXiv:1702.05125.

[5] M. I. Eremets, I. A. Troyan y A. P. Drozdov. Low temperature phase diagram of hydrogen at pressures up to 380 GPa. A possible metallic phase at 360 GPa and 200 K. arXiv:1601.04479