Vymáčknout z toho co nejvíc

Tato věta je parafrází jedné z nejdůležitějších konjuktur fyziky kondenzovaných látek. V roce 1935 ji stanovili Hillard Huntington a Eugene Wigner. O 85 let později je tato teorie stále nepotvrzená.

Zatím jedinou nadějí na její potvrzení je lednová publikace deníku Nature, která konečně předkládá důkaz pozorování. Zkoumaný vzorek při stlačení změnil svou podobu z matné na lesklou, tedy na vlastnost charakteristickou pro kovy. Proměna ale nastala při tlaku okolo 400 gigapascalů, o řád více než bylo původně předpovězeno v roce 1935.

Kovalentní vazby mezi jednotlivými atomy vodíku mají danou frekvenci vibrací, která závisí na skupenství látky. Selským rozumem bychom mohli předpokládat, že pokud vodík stlačíme, měly by atomy vibrovat rychleji. Jádra mají stejný náboj a nutíme je tlakem blíže k sobě. Ona se od sebe potom o to silněji chtějí odtrhnout. Je to docela podobné tomu jako když jsou dva lidé na kolotoči: Pokud se k sobě přiblíží, kolotoč zrychlí.

Pro dosažení extrémního tlaku, srovnatelného s jádrem Jupiteru, se používají tzv. diamantové kovadlinové buňky. Díky nim se podařilo zjistit, že se sice frekvence vibrací s tlakem zvyšuje, ale následně se otočí a začne klesat.

Takový výsledek je nesmírně zajímavý! Mohl by totiž znamenat, že se meziatomové vazby oslabují a blíží se proměna na kov. V rámci naší metafory by to znamenalo, že se kolotoč začne roztékat a proměňovat do supravodivé hroudy kovového vodíku s vlastnostmi jako ze stránek science fiction.

Navzdory koronavirové krizi jsem začal na fakultě v Edinburghu pomáhat s výzkumem, kde se pokoušíme přijít na důvod, proč se ta nečekaná změna ve frekvenci děje. Místo kusů diamantů ale využíváme snad ještě zajímavější britský „Národní Superpočítač“. Díky němu je možné vytvořit model několika stovek atomů, který zahrnuje jejich kvantové, a tedy i vlnové vlastnosti. Účelem je vytvořit model, který by za použití teorie funkcionálu hustoty souhlasil s tím, co vidíme v diamantových kovadlinách.

Modelem pak budeme moci předpovědět, co se bude dít při tlaku, který je se současnou technikou nemožné vytvořit, protože (zatím) existuje pouze v jádrech největších planet naší sluneční soustavy.