Physiker sind begeistert. Mehr als 80 Jahre lang hieß es, unter bestimmten Bedingungen würde Wasserstoff metallische Eigenschaften annehmen. Aber alle Versuche, diese besondere Form des Elements zu erzeugen, waren gescheitert – bis jetzt, wie eine Studie zeigen soll (Science: Dias & Silvera, 2017). Damit wäre nicht nur ein Jahrzehnte altes Rätsel gelöst, es eröffneten sich zudem neue Möglichkeiten, Wasserstoff in Energie und Raumfahrt zu nutzen. Doch es gibt Zweifel an der Glaubwürdigkeit.

Seit seiner Entdeckung sind Forscher von Wasserstoff fasziniert. Es ist das häufigste chemische Element im Universum. Als Bestandteil von Wasser und beinahe aller organischen Verbindungen kommt es in sämtlichen lebenden Organismen vor. Allerdings nicht allein, also atomar, sondern als zweiatomiges Molekül.

Mit der Abkürzung H für Hydrogen führt es das Periodensystem der Elemente an; erste Zeile, erste Spalte. Es steht dort aufgrund seiner Kernladung. Nur ein Proton findet sich in seinem Atomkern. Das Problem: Alle Elemente der ersten Spalte des Periodensystems sollten im festen Zustand Metalle sein. Lithium mit der Ordnungszahl 3 beispielsweise ist ein Metall – brav. Aber Wasserstoff ist ein Gas, das erst bei 21 Kelvin flüssig und bei 14 Kelvin fest wird. Allerdings ist die Dichte zu gering, als dass an metallisches Verhalten auch nur zu denken wäre.

Druck-Schätzungen reichten von 25 bis 2.000 Gigapascal

Was aber passiert, wenn man die Dichte erhöht? Muss das Element vielleicht bloß ordentlich gequetscht werden, damit es endlich tut, was man von ihm erwartet? Falls ja, wie stark müsste dieser Druck sein?

Die beiden Wissenschaftler Eugene Wigner und Hillard Bell Huntington hatten 1935 dazu eine klare Meinung: 25 Gigapascal wären nötig, um das gasförmige Nichtmetall zum Metall zu machen. Bei diesem Druck würden die Moleküle in Atome auseinander brechen, wodurch das Material sich in ein leitfähiges Metall verwandeln sollte, schrieben sie damals im Journal of Chemical Physics. Endlich eine konkrete Zahl, mit der sich arbeiten ließ!

Doch zahlreiche Experimente der folgenden Jahrzehnte widerlegten die These. Die Schätzungen für den nötigen Druck schwankten mit der Zeit zwischen 25 und 2.000 Gigapascal, das heißt zwischen 250.000 und 20 Millionen Mal dem Atmosphärendruck auf Meereshöhe. Denn mochten Physiker das Molekül auch immer stärkeren Drücken aussetzen und dabei einen Rekord nach dem anderen aufstellen – es wollte sich einfach nicht verhalten, wie prognostiziert.

Nun endlich wollen Physiker das Element dazu gebracht haben. Wie Ranga Dias und Isaac Silvera berichten, ist es ihnen gelungen, mit viel Aufwand im Labor metallischen Wasserstoff zu erzeugen. Bei 5.5 Kelvin und einem Druck von 465 bis 495 Gigapascal, 20 Mal so viel also, wie von Wigner und Huntington angenommen. Werte, die denen im Erdmittelpunkt ähneln. Das Element sei in diesem Zustand mit großer Wahrscheinlichkeit fest. Hierfür allerdings steht der experimentelle Nachweis noch aus.

Erst seit 10 Jahren können Physiker mit solchem Druck forschen. Damals war es gelungen synthetische Diamanten herzustellen, die härter sind als das Original, damit enorm widerstandsfähig und in der Lage, Proben stark zusammenzupressen.