Hidrógeno metálico: piedra filosofal

El hidrógeno es el más simple de los elementos químicos. Consiste de un protón en su núcleo y un electrón a su derredor. Se formó en los primeros minutos del Universo y es, con mucho, el más abundante en lo que podemos ver de la naturaleza. Uno bien puede pensar que el Universo está hecho de hidrógeno y helio porque tres cuartas partes de todo lo que existe es hidrógeno y casi la cuarta parte restante es helio. Solo una fracción muy pequeña está hecha de elementos más pesados como el oxígeno, carbono, etcétera.

El hidrógeno, al que siempre imaginamos como un gas, también puede ser líquido si se lo enfría —a 253 grados centígrados—. En ese estado se usa como combustible en el transbordador Space Shuttle.

Pues bien, desde hace unos días, el hidrógeno también es sólido.

El hidrógeno metálico debe encontrarse atrapado en algunos astros donde este elemento químico esté bajo presiones muy altas. Planetas como Júpiter o Saturno podrían tener en su interior al elemento más ligero, hecho metal.

El estado metálico del elemento más común ha sido producido en el laboratorio al comprimir una muestra a 495 gigapascales —es decir, casi 5 millones de atmósferas—, presión descomunal mayor a la que existe en el centro de nuestro planeta. La presión es tan alta que los átomos de hidrógeno se aproximan entre sí haciendo que el gas original se convierta en un arreglo cristalino.

Para que el hidrógeno se convierta en metal no solo se lo debe presionar 5 millones de veces más que la presión que sentimos en la superficie del planeta, también se lo debe enfriar —a 268 grados centígrados.

Según los expertos, en el proceso de metalización, cuando se logran los 335 gigapascales, el hidrógeno se vuelve negro, lo que indica una transformación importante. Luego al aumentar a 495 gigapascales la muestra se pone brillante, lo que parece indicar que se ha convertido en metal.

Del agua conocemos sus tres fases: gas al que llamamos vapor, el líquido que nos hidrata y el sólido en forma de hielo, pero las fases no siempre son tan comunes en otros compuestos o elementos.

Lo que podría ser grandioso de metalizar al hidrógeno es que, de acuerdo con las predicciones teóricas, el nuevo estado es metaestable. Esto significa que al eliminar la presión que lo hizo posible el material conservaría su estado metálico. De ser así, el hidrógeno metálico podría ser el material del futuro.

Un ejemplo de material metaestable que se consigue de manera similar es el diamante que se forma a partir de grafito cuando éste es llevado a altas temperaturas y presiones. Cuando el diamante se ha formado se pueden eliminar la temperatura y la presión a la que fue sometido sin que el diamante abandone el estado cristalino al que llegó.

La piedra filosofal significó por mucho tiempo la iluminación y la felicidad celestial. Su búsqueda fue considerada Opus Magnum (La gran obra) y la propiedad sublime de la legendaria sustancia fue la inmortalidad. En la larga e infructuosa búsqueda se le fueron atribuyendo propiedades extraordinarias: la trasmutación de metales corrientes en oro y plata, la curación de todas las enfermedades, la prolongación de la vida o la de ser fuente de una eterna juventud.

El hidrógeno metálico no tiene las propiedades de un tal objeto mítico pero la búsqueda de este material por más de cien años y lo que se podría hacer con él se parecen mucho.

¿Por qué el hidrógeno metálico nos hace pensar en la piedra filosofal? El hidrógeno metálico transporta la electricidad sin resistencia, es decir que se comporta como un superconductor —por lo menos es lo que se piensa de sus propiedades—. Si esto se confirma, será el primer superconductor que conserva sus propiedades eléctricas a una temperatura tan alta como la temperatura en que vivimos. Tener un superconductor a temperatura ambiente nos permitirá tener transporte con levitación magnética, uso óptimo de la electricidad y almacenamiento de energía con muy pocas pérdidas.

La conducción eléctrica sin resistencia es algo ya conocido pero los materiales con que se logra son materiales criogénicos, es decir, materiales que se deben mantener a una temperatura muy baja. El enfriamiento de los materiales superconductores actuales hace que su aplicación tecnológica sea muy limitada.

El hidrógeno metálico podría ser la solución. Por sus propiedades, el hidrógeno metálico sería también un combustible ideal para las naves espaciales abriendo nuevos horizontes en la exploración de nuestro sistema solar.

En este punto usted puede pensar que la inmortalidad que se buscaba con la piedra filosofal no tiene nada que ver con el hidrógeno metálico pero la verdad es que el problema de la generación y conservación eficiente de la energía es una condición indispensable para la viabilidad del ser humano como especie. Tener un mejor uso energético de los recursos nos permitirá un desarrollo tecnológico vertiginoso con mayores áreas para la creatividad y menos límites a la imaginación. De espacios más abiertos para el pensamiento es de donde surgen soluciones a problemas de todo tipo. La cura de las enfermedades, la prolongación de nuestra existencia y el bienestar están ligados a la caída de barreras técnicas y la ruptura de los imposibles.

Para llevar al hidrógeno a las presiones altas que se necesitan para convertirlo en metal, los investigadores de la Universidad de Harvard usaron un yunque de diamantes finamente pulidos y revisados para que no contuvieran fisuras microscópicas que podrían generar su escisión cuando se los somete a grandes presiones.

Sin embargo, otros grupos que trabajan en el mismo tema son muy escépticos sobre la veracidad del resultado anunciado. Para determinar que la muestra obtenida es metálica se ha medido qué tan bien se refleja la luz en ella. Los críticos consideran que una sola medición podría ser equivocada. Es posible, dicen, que la luz que se utiliza para confirmar el estado metálico del hidrógeno en realidad se esté reflejando en la cubierta de aluminio que se usa en los diamantes para evitar que el elemento se cuele hacia el cristal haciéndolo frágil. Es decir que la reflectividad obtenida pudiera no ser del hidrógeno sino del aluminio.

Los investigadores no han repetido el experimento por limitaciones de infraestructura. La reproducción es crucial para dar firmeza al resultado pero ahora no quieren deshacerse de la muestra que han construido y no cuentan con más celdas de presión para construir más hidrógeno metálico. Estamos pues a la espera de que el prodigio se confirme.

Como en muchas ocasiones, las observaciones científicas pueden ser resultado de un error en la medición o una interpretación equivocada. Si esto es así, para el caso del hidrógeno metálico la búsqueda continuará.

Podría ser que la noticia sea el resultado de un exceso de optimismo de los físicos de las altas presiones. Aquí, un error nos recordaría el dicho: “La alegría es la piedra filosofal que todo lo convierte en oro”. El entusiasmo de los investigadores a veces precipita el anuncio. En todo caso, esta sería una historia de error de la que habremos aprendido que existen posibilidades irrealizadas y un mundo nuevo por venir.