Теоретическое обоснование

На данный момент получить МВ удавалось при проведении ряда экспериментов сжатия водорода, алмазными наковальнями:

• В ходе экспериментов проведенных в Ливерморской национальной лаборатории по получению МВ с помощью ударного сжатия между алмазными наковальнями, при получении МВ, давление достигло уровня в 1,4 млн Па, но ученые заявили, что время его существования стабильного составило около 1 мкс [1].
• В2017 году, американцы Айзек Силвера и Ранга Диас провели похожий эксперимент, используя синтетические алмазные наковальни, обработанные атомарным слоем оксида алюминия, для предотвращения диффузии водорода в алмазную решетку. Ученые утверждали о получении МВ при значениях температуры в 3 К и давлении 495 гПа. Но в связи с инцидентом установки доказать его наличие так и не удалось [2].
• В 2020 году, французские ученые Пол Лубейри и Флоран Очелли из Французской комиссии по атомной энергии, изменив форму алмазных наковален повторили эксперимент. Согласно результатам эксперимента запрещенная зона закрылась на отметке значений температуры в 80К и давления в 425 гПа, после чего спектрограф показал «помутнения». Ученые утверждают, что в этот момент и произошел фазовый переход водорода. Но исследования не получили одобрения в научном мире из-за высоких показателей температуры и низкого давления, относительно предыдущих опытов [3].

Ниже будет рассматриваться модель влияния магнитосферы на стабильное состояние МВ на основе результатов экспериментов, проведенных в Ливерморской национальной лаборатории и Гарварде, по получению металлической фазы водорода, а также на основе данных в области астрофизических наблюдений астрономических тел, обладающих в своем строении МВ. Рассматриваемым примером будут Юпитер и Солнце согласно теоретической модели, в строении которых в ядре содержится водород в металлической фазе.

Согласно диаграмме состояния [рис 1], основными критериями, влияющими на переход водорода в металлическую фазу, является температура и давление. В исследуемых объектах МВ рассматривается как смесь, где электрон делокализуется между другими ядрами атомов водорода, образуя систему протонов с облаком обобществлённых электронов. Таким образом состояние металлической фазы водорода следует рассматривать систему, находящуюся в протон-избыточном состоянии, что делает данную систему потенциально радиоактивной [4].

(рис 1)

Согласно исследованию 2020 года, минимальное значение давления при котором водород находиться в металлической фазе равен 495 гПа. [3] При данном давлении расстояние между нуклонами становиться менее боровского радиуса что при условии протон-избыточной системы с наличием электронного газа с высокой вероятностью приводит к бета распаду типа К-захвата с образованием нейтрона по след схеме:

(A,Z)+e-=(A,Z-1)+v

Появление нейтронов в цепи металлического водорода приводит к уменьшению кулоновского взаимоотталкивания, что делают возможным образования дочернего ядра при влиянии ядерного взаимодействия между нуклонами. Можно заключить что МВ подвержен радиоактивному распаду с образованием дочерних ядер. Данная модель может дать объяснение наличие «помутнения» при спектрометрическом анализе короткоживущего МВ, полученного в 2020 году, если предположить возможность образования дочерних ядер, зафиксированных прибором [3].

В данной работе предлагается модель влияния магнитного поля на поддержку делокализованных электронов в состоянии электронного газа в обобществлённой системе протонов разгоняя их в металлической структуре вещества, снижая значение параметров давления и температуры для аллотропного перехода водорода с металлической в молекулярную форму, поддерживая водород в стабильном металлическом состоянии

            Для оценки вероятности таких событий рассмотрим данные астрофизических наблюдений за объектами, в строении которых известно о наличие МВ

Солнце

По данным наблюдений температура поверхности Солнца достигает 6000 К, в то время как температура короны солнца может достигать значений от 1 млн до 2 млн K [5]. В привычном понимании астрономических тел температура должна понижаться с набором высоты. Данный рост температуры не соответствует классической модели атмосферы астрофизических тел. Предложено несколько моделей, описывающих данную разницу в температурах.

На данным момент наиболее распространенная теория имеет следующую формулировку, описывающую данное явление. Конвекционные потоки внутри Солнца транспортируют содержимое ядра солнца до короны узкими направленными потоками. По предполагаемой модели температура ядра солнца 15 млн K, что достаточно для передачи нагретого состава до короны Солнца [6]. Но данная теория не описывает явление роста температуры короны с увеличением высоты на поверхности солнца. По предлагаемой классической теории температура короны должна ламинарно снижаться с увеличением высоты короны, чего фактически не наблюдается.

Для интерпретации роста температуры с увеличением высоты рассматривают следующие две теории. Согласно первой, механическая энергия, переносящаяся магнитным полем в корону, откладывается там в виде тепла за счет затухающих на малых высотах волн [7]. Вторая теория предполагает, что противоположно направленные линии магнитного поля проходят процесс разрыва и соединения в плазме преобразуя при этом электромагнитную энергию в тепловую [8]. Но приведенные теории не дают исчерпывающее объяснение явлению роста температуры в короне солнца с набором высоты, и не являются общепризнанными.

Рассмотрим данную модель с учетом предложенной модели распада МВ в короне Солнца. Металлический водород, под влиянием давления 3,4×10¹⁶ Па [9] и температуры 6000К, находится в вырожденном состоянии. Внутри солнца вещество находиться под воздействием магнитного поля более 0,5 Тл. [10]. При нагреве и конвекции ядра МВ покидает зону напряжения магнитного поля, попадая в область, где силы магнитного поля недостаточно для создания условий обобществлённости электронов в группе ядер составляющих МВ. Рассмотрим два возможных пути распада МВ. Рассмотрим два вероятных пути распада МВ:

• При условии, что протоны, образующие металлическую фазу водорода, находятся на расстоянии больше боровского радиуса и, как следствие, наличия приоритетного кулоновского взаимодействия отталкивания возникает вероятность разлета нуклонов.
• При условии, что протоны, образующие металлическую фазу водорода, находятся на расстоянии меньше боровского радиуса и наличия протон-избыточной системы высока вероятность протекания бета-распада типа К-захвата электрона, и как следствие образования нейтрона. При развитии пути распада с образованием нейтронов в системе, при меж-нуклонных расстояниях менее боровского радиуса, в сфере сил ин ядерного взаимодействия будет происходить образование равновесных ядер (протон-нейтрон) по схеме:

Высокую вероятность преобладания сил сильного ядерного взаимодействия и дальнейший распад МВ можно подтвердить следующими расчетами: Согласно закону Авогадро при атмосферном давлении в 10⁵  Па 1 г водорода будет занимать 0,0024 м³ по диаграмме состояние водорода [рис 1] видно что при изохорном сжатии водорода для перехода в его металлическую фазу необходимо увеличить давление и плотность в 10⁶ раз при данном адиабатическом сжатии 1 г вещества будет занимать 2,24×10^-8 м³ или учитывая постоянную Авогадро можно утверждать что в этом объёме умещается 12,04×10²³ атомов водорода в металлической фазе. В данной теоретической модели объёма 1 атома будет равен 1,8×10^-32 при данной модели межатомное расстоянии будет равно 2,64×10^-11м. Данные значения могут наблюдаться при температуре 0 К При изохорном увеличении температуры до 10⁴ К межъядерное расстояние может достигать порядка менее 10^-16 м³. При данном расстоянии между нуклонами вступает   сильное межъядерное взаимодействие связывая протоны в одну систему увеличивая вероятность стабильного существования металлической фазы водорода.

В результате реакции высвобождается энергия равная значению дефекту масс ядра гелия с эквивалентом скорости света в квадрате (по уравнению Е=мс²) которая в свою очередь обеспечивает нагрев короны Солнца что фиксируется при спектроскопическом измерении поверхности и короны.

По вышеприведенной схеме возможно образование и более тяжелых элементов с большим дефектом масс и как следствие большим выходом энергии. Подтверждением может быть факт обнаружения в фотосфере перечисленных в таблице элементов, обнаруженных космическим зондом Паркер (Таблица 1) [11].

Таблица 1

Содержание элементов в фотосфере Солнца

Согласно существующей теории, наличие данных элементов обеспечивалось внутренними конвективными потоками. Но данная модель не поддается привычному строению астрофизических тел. При рассмотрении аналогичных явлений в Земных условиях, где более тяжелые элементы расположены нижних слоях атмосферы, можно предположить, что зафиксированные на поверхности элементы – не результат внутримассовых солнечных конвекций, а продукт распада МВ с образованием дочерних ядер.

Юпитер

            Исследования планеты юпитер дают следующее данные о его строении: обнаружено, что в глубинах газового гиганта преобладает содержание водорода, который, согласно общепризнанной теоретической модели, находится в металлической фазе [12]. Температура атмосферы Юпитера температура имеет диапазон 670К-970К [13] что в 7,7 раза ниже, чем на Солнце.  Значение давление достигает 8×10¹² Па [14], что в 42500 раз ниже Солнечного. Несмотря на вышеприведённую разницу в факторах, влияющих на стабильность существования водорода в металлической фазе подтверждено его наличие на Юпитере в метастабильной состоянии. Ввиду отсутствия необходимых условий для существования стабильной фазы МВ аналогичным в фотосфере солнца, для интерпретации явления можно воспользоваться предложенной моделью влияния магнитосферы на стабильное состояние МВ. При наличии у Юпитера значения магнитного поля 0,78 Тл [15] – данный показатель потенциально способен поддерживать стабильность металлической фазы водорода, разгоняя электроны в структуре вещества и поддерживая обобществленность электронного газа, предотвращая распад МВ.

В ходе исследований Юпитера аппаратом «Юнона» на верхних слоях атмосферы были зафиксированы аммиачные облака [16]. В то время как водород находится в глубинах планеты. Что не соответствует классической модели строения атмосфер астрономических тел, т.к. при н. у. плотность водорода составляет 0.09 г/см³, а плотность аммиака – 0,76 г/см³. Учитывая эти данные, по классической модели, аммиак как более тяжелое соединение должен занимать нижние слои атмосферы вытесняя водород.

В атмосфере Юпитера происходит избыточная метео-активность. Ученые объясняют это явление наличием у планеты множества спутников и их взаимодействием на смещение общего центра масс и как следствие образованием бурной активности в атмосфере. Но данная теория не получила распространения т.к. в аналогии с Землей и ее спутником масса которого составляет 1,2% от массы планеты [17], 7,36×10²² кг [18], в то время как Ганимед (самый тяжелый из спутников Юпитера) 1,4819×10²³ кг[19]  составляет около 0,007% от массы Юпитера[20], на Земле не наблюдается подобной активности. Также все спутники газового гиганта суммарно не имеют точечного центра масс, что снижает вероятность их влияния на метео-активность в атмосфере Юпитера по причине отсутствия направленной векторной величины смещения центра масс.

Другая модель указывает, что данное явление вызвано внутренним нагревом планеты [21]. Но характер конвективных явлений показывает, что вектор изотермы имеет не вертикальный градиент как в случае с извержениями вулканов в атмосфере Земли с коническим облаком выброса, а имеет характер внутримассовых атмосферных событий, имеющих горизонтальный изотермический градиент аналогично Земным суперциклонам [21][22].

Явления наличия водно-аммиачных облаков и избыточной метеоактивности поддаются объяснению при рассмотрении модели влияния магнитосферы на стабилизацию металлической фазы водорода. Уровень магнитосферы Юпитера достигает 0,8 Тл [23], магнитное поле осуществляет ускорение движения электронов, разгружая электронную плотность цепи нуклонов МВ, что в свою очередь препятствует протеканию К-захвата электрона, аналогично процессу, протекающему на Солнце. Из-за изгиба вектора магнитного поля [24] и в результате конвекции атмосферных потоков МВ попадает на высоту, где сил внутреннего магнитного поля недостаточно для поддержания стабильной фазы МВ, в следствие чего происходит образование дочерних ядер таких как азот и кислород, подобно реакции в короне солнца.  В последствии образуются соединения аммиака и воды наличие которых и проявляется в виде облаков из тяжелых элементов в верхних слоях атмосферы Юпитера [16]. Образование этих элементов и соединений сопровождается выделением избыточного тепла, которое приводит к значительному разогреву атмосферы и образованию ветров.

Каллисто

Каллисто-один из спутников Юпитера, В его атмосфере было обнаружено повышенное содержание кислорода [25]. Было предложено объяснение [26], что поток ионов и электронов магнитосферы Юпитера при взаимодействии с областями льда на поверхности спутника образовывал молекулярный кислород, который впоследствии высвобождался в атмосферу. Противоречие состоит в том, что содержание кислорода в атмосфере значительно превышает теоретические значения количественного содержания кислорода в атмосфере [26]. Даже при рассмотрении модели спутника, полностью покрытого льдом по предложенной теории образование фактического значения кислорода невозможно.

Данное явление поддается объяснению при учете факта что Каллисто находится в поле ионосферы Юпитера. По вышеприведённому механизму распада МВ и вероятного образования кислорода выделяется количество энергии равное 8,04 МэВ.

При формировании ядра кислорода и частичном переходе выделившейся энергии в кинетическую, достаточную для придания ускорения дочерним ядрам до 2 космической скорости высока вероятность конденсации кислорода в атмосфере спутника, что обеспечивает высокий уровень его содержания.

Выводы

            При учете предлагаемой в данной статье модели влияния магнитосферы на стабильность МВ и возможные пути распада можно объяснить приведенные явления:

• наличие «помутнения» при спектрометрическом анализе при попытке получения мв;
• резкая разница между температурой поверхности солнца и его короной;
• рост температуры короны солнца с набором высоты;
• наличие в фотосфере солнца тяжелых элементов;
• наличие мв в составе юпитера в стабильном состоянии;
• наличие на внешних слоях атмосферы юпитера аммиачно-водяных облаков;
• избыточная метеоактивность юпитера;
• наличие аномального содержания кислорода в атмосфере каллисто.

С учетом данной модели возможно получение стабильной фазы МВ в условиях магнитного поля. Рекомендуется повторить эксперимент сжатия водорода алмазными наковальнями 2020 года с воздействием на полученное вещество магнитного поля

При проведении следующих экспериментов по сжатию водорода алмазными наковальнями, на основании рассмотренной модели распада МВ, рекомендуется фиксировать спектроскопическим методом полученное в результате сжатия вещество на наличие образовавшихся дочерних ядер.