حالت جدیدی از عنصر هیدروژن کشف شد

به گزارش کلیک ، همه ما با هیدروژن، به عنوان عنصری که ۷۵ درصد جرم کل جهان هستی و ۹۰ درصد کل اتم ها را تشکیل داده، به خوبی آشنا هستیم.

اما ساده ترین و فراوان ترین عنصر موجود در جهان، هنوز هم حقه های پنهانی در آستین خود دارد! فیزیک دانان به تازگی موفق شده اند شکل جدیدی از عنصر هیدروژن را به وجود بیاورند که تا به حال دیده نشده بود: گروه های هیدروژنی که به صورت منفی باردار شده اند.

برای این که متوجه شوید ماهیت "گروه های هیدروژن با بار منفی" چیست، باید ابتدا به همتایان شایع تر آن ها یعنی "گروه های هیدروژنی با بار مثبت" نگاهی بیندازید.

گروه های هیدروژنی با بار مثبت به نام خود شباهت بسیار زیادی دارد؛ این ماده از مولکول های کم یا زیاد هیدروژنی ساخته شده است که به صورت مثبت بار دار شده اند.

این ماده که به صورت ساده "گروه یون های هیدروژنی" (hydrogen ion clusters) نامیده می شود، در دمای بسیار پایین تشکیل می شود و می تواند تا ۱۰۰ اتم را درون خود جای دهد.

فیزیک دان ها، وجود گروه یون های هیدروژنی را در حدود ۴۰ سال قبل تایید کرده اند، ولی با این که وجود یک همتای منفی با تعداد زیادی اتم برای این ماده به صورت نظری مطرح شده بود، تا کنون کسی نمی دانست چگونه می توان آن را به وجود آورد.

همین بود که گروهی از فیزیک دانان دانشگاه اینسبروک استرالیا به رهبری مایکل رنزلر اقدام به تحقیق بیشتر در مورد این ماده ناشناخته کردند.

ابتدا، آن ها قطرات هلیوم سرد مایع را به مولکول های هیدروژن (H2) تزریق کردند. این کار باعث پدیداری ترکیبی با گروه های مولکولی خنثی شد.

سپس، آن ها هیدروژن های (H2) ترکیب شده با قطرات هلیوم مایع را در معرض یک تیغه الکترونی قرار دادند. با این کار، بعضی از مولکول های هیدروژن یونیزه شده و به صورت یون های هیدروژن با بار منفی به سمت محیط خلاء اطراف پرتاب شدند.

پس از مدت اندکی، مولکول های هیدروژن اطراف شروع به تشکیل گروه هایی گرداگرد یون های منفی کردند و محققان دریافتند که هر کدام از این گروه های تازه تشکیل شده قادرند تعداد اندک یا زیادی مولکول را به خود جلب کنند.

این گروه های هیدروژنی با بار منفی، همانند سایر ترکیبات ناپایدار دنیای فیزیک ذرات، فقط برای مدت زمان بسیار اندکی، در حد چند میکرو ثانیه، وجود داشتند (۱ میکرو ثانیه برابر است با ۰٫۰۰۰۰۰۱ ثانیه).

اما همین زمان اندک هم برای این تیم کافی بود تا به ساختار هندسی آن ها دست پیدا کنند.

محققان متوجه شدند که این گروه ها فقط دارای عدد اتمی فرد بوده که از n= 5 تا n = 129 تشکیل شده است.

پایدار ترین گروه ها در هسته خود دارای یک یون هیدروژن منفی مرکزی بودند که با پوسته هایی که با مولکول های هیدروژن پر شده بود، محاصره شده بودند.

اعداد اتمی فرد نشان می دهد که این گروه ها از ترکیب مولکول های H2 متعدد و هسته ای با یک یون هیدروژن منفی تشکیل شده که به وسیله یک پیوند دوقطبی در کنار هم نگه داشته شده اند.

اکثر گروه های مشاهده شده دارای اعداد اتمی n = 25، n = 65 و n = 89 بودند.

اعضای این تیم تحقیقاتی، این اعداد را جادویی می خوانند، چرا که معتقدند آن ها نشانه متقارن و تقریبا جامد بودن مولکول های H2 در این ترکیب است، درست مثل یک ۲۰ وجهی متقارن (شما می توانید این شکل را در تصویر زیر مشاهده کنید).

اما اهمیت مسائل گفته شده در چیست؟ سال هاست که محققان به وجود طبیعی این گروه های بزرگ هیدروژنی در فضای خارج از زمین مشکوک هستند و معتقدند امکان تشکیل و وجود آن ها در محیط های سرد، ابر های متراکم و یا جو سیارات گازی وجود دارد.