ساخت شکل جدیدی از هیدروژن، توسط فیزیک‌دانان
مجله علمی ایلیاد - فراوان‌ترین عنصر جهان به تازگی به پدیده‌ی جالبی تبدیل شده است. همگی ما با هیدروژن به عنوان عنصری که ۷۵ درصد از کل جرم جهان و بیش از ۹۰ درصد کل اتم‌های کیهان را می‌سازد، آشنایی داریم. اما ساده‌ترین و فراوان‌ترین عنصر جهان، هنوز ترفندهایی در آستین خود دارد، زیرا فیزیک‌دانان به تازگی شکل جدیدی از هیدروژن در دسته‌های هیدروژن با بار منفی ساخته‌اند که تا به حال دیده نشده بود.
برای درک معنای دسته‌های هیدروژن با بار منفی، ابتدا باید موفق به درک همتای رایج‌تر آن، یعنی دسته‌های هیدروژن با بار مثبت شوید. دسته‌های هیدروژن با بار مثبت دقیقاً همان چیزی هستند که به نظر می‌رسند، گروه‌های بار مثبتی از چند یا چندین مولکول هیدروژن.
این گروه‌ها که به دسته‌های یونی هیدروژن معروف هستند، در دماهای بسیار کم تشکیل می‌شوند و می‌توانند تا حدود ۱۰۰ اتم منفرد را شامل شوند. فیزیک‌دانان وجود دسته‌های یونی هیدروژن را حدود ۴۰ سال پیش تایید کردند و با این‌که همتای منفی این دسته‌ها که تعداد زیادی از اتم‌ها را داراست، مورد استدلال نظری قرار گرفته بودند، اما هیچ‌کس نتوانست بفهمد که چگونه می‌شود یکی از آنها را ساخت. اما این باعث نشد که تیم فیزیک‌دان با رهبری مایکل رنزلر، از دانشگاه اینسبراک اتریش دست از امتحان کردن آن بردارند.
آنها در ابتدا، قطره‌های ریزی از هلیم مایع سرد را با مولکول‌های هیدروژن ترکیب کردند. این کار مخلوطی ایجاد کرد که دسته‌هایی را با بار خنثی تشکیل می‌دهد. پس از آن، این قطره‌های ریزِ القاشده توسط هیدروژن را در معرض یک پرتو الکترونی قرار دادند و این باعث شد که تعدادی از مولکول‌های هیدروژن یونیزه گردند و به عنوان یون‌های هیدروژن با بار منفی به فضای خالی اطراف بیرون رانده شوند.
زمان کوتاهی پس از آن، مولکول‌های هیدروژن، شروع به دسته‌بندی اطراف یون‌های بار منفی کردند و محققین کشف کردند که هر کدام از این دسته‌های تازه شکل گرفته می‌توانند تعداد کم یا زیادی از مولکول‌ها را دربر گیرند.
این دسته‌های هیدروژنی بار منفی نیز همانند گریزان‌ترین ساختارها درفیزیک ذرات، فقط طی یک لحظه بسیار زودگذر، در حد چندین میکروثانیه وجود دارند. اما این زمان برای این گروه کافی بود تا بتوانند ساختارهای هندسی آنها را تعیین کنند. آن‌طور که مایکل شیربر می‌گوید، محققین دریافتند که دسته‌ها فقط تعداد فردی از اتم‌ها را در محدوده n=۵ تا n=۱۲۹ دارا هستند.
پایدارترین دسته‌ها دارای یک هسته یون مرکزی بار منفی بودند که لایه‌هایی کاملاً پُر از مولکول‌های هیدروژن آن را احاطه کرده بود. شیربر این‌گونه شرح می‌دهد: «مقدارهای فرد بر این دلالت می‌کرد که قالب‌ها ترکیبی از چندین مولکول H2 و یک هسته یون H منفی تشکیل شده‌اند که از طریق یک کشش دو قطبی القاشده به هم نگه داشته شده‌اند.» رایج‌ترین قالب‌های ثبت شده دارای اتم‌هایی به تعداد n=۲۵ ، n=۶۵ و n=۸۹ بودند.
طبق گفته‌ی اعضای گروه این اعداد جادویی به ترکیب متقارن و تقریباً ثابتی ازمولکول‌های H2، برای مثال یک ۲۰ وجهی، مربوط هستند. اما اهمیت تمام این‌ها برای چیست؟ از سال‌ها پیش محققین شک داشتند که این دسته‌های بزرگ هیدروژن می‌توانند به‌صورت طبیعی در فضا تشکیل شوند، چه در ابرهای سرد و متراکم و یا در اتمسفر سیاره‌های گازی.
اکنون می‌دانیم که قالب‌های هیدروژنی بار منفی امکان پذیر هستند و از معمول‌ترین و پایدارترین شکل آنها آگاهی داریم، تشخیص آنها در طبیعت آسان‌تر می‌شود و حالا محققین در حال تحقیق بر روی این هستند که آیا ماده‌ی تاریک، چیزی که فرضاً ۲۷ درصد از جهان قابل مشاهده را تشکیل می‌دهد، اصلاً وجود دارد یا خیر؟ برای کشف کوچک‌ترین اجزای فضای اطرافمان، نیازمندیم که حداکثر کمک را از امکانات موجود بگیریم.
نوشته: بک کرو
ترجمه: مجله علمی ایلیاد