BAGIKAN
Credit: @Michele Ceriotti, EPFL

Hidrogen adalah unsur kimia berbentuk gas yang paling sederhana dan paling banyak ditemukan di semesta. Dalam kondisi ekstrem seperti di planet-planet raksasa, hidrogen dapat memiliki sifat seperti logam karena kemampuannya dalam menghantarkan listrik. Bagaimana fenomena ini dapat terjadi sulit dipahami. Sekarang, dengan menggabungkan kecerdasan buatan dan mekanika kuantum, para peneliti telah menemukan bagaimana kondisi tekanan ekstrim di planet-planet tersebut telah menjadi penyebabnya.

Berbagai planet raksasa seperti Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus, komponen utamanya adalh hidrogen. Begitupun dengan eksoplanet yang mengorbit bintang lainnya. Pada permukaan planet-planet raksasa ini, hidrogen akan tetap sebagai senyawa gas. Akah tetapi, saat kita bergerak lebih jauh ke dalam interiornya, tekanannya melebihi jutaan atmosfer standar. Di bawah kompresi yang ekstrim seperti ini, hidrogen mengalami perubahan fase: ikatan kovalen di dalam molekulnya  terputus, dan gas ini menjadi logam yang menghantarkan listrik.

“Keberadaan logam hidrogen telah diteorikan seabad yang lalu, tetapi yang belum kita ketahui adalah bagaimana proses ini terjadi, karena kesulitan dalam menciptakan kembali kondisi tekanan ekstrim dari bagian dalam planet raksasa dalam skala laboratorium, dan besarnya kompleksitas dalam memprediksi berbagai perilaku sistem hidrogen yang besar,” kata penulis utama Dr. Bingqing Cheng dari Laboratorium Cavendish Cambridge.

Para peneliti, dari Universitas Cambridge, IBM Research dan EPFL, menggunakan pembelajaran mesin untuk menirukan bagaimana interaksi antara atom hidrogen. Untuk mengatasi keterbatasan ukuran dan skala waktu, mereka menggunakan sebuah superkomputer yang sangat canggih. Mereka menemukan bahwa perubahan hidrogen tersebut tidak terjadi secara tiba-tiba. Akan tetapi terjadi secara perlahan dan bertahap. Hasil penelitian ini dilaporkan dalam jurnal Nature.

Secara umum diasumsikan bahwa transisi hidrogen padat adalah orde pertama, yang disertai dengan perubahan mendadak pada semua sifat fisik. Contoh umum dari transisi fase orde pertama adalah air mendidih, saat cairan berubah menjadi uap. Penampakan dan perilakunya benar-benar berubah meskipun suhu dan tekanannya tetap sama.

Dalam studi teoretis saat ini, Cheng dan rekan-rekannya menggunakan pembelajaran mesin untuk meniru interaksi antara atom hidrogen, untuk mengatasi keterbatasan kalkulasi mekanis kuantum secara langsung.

“Kami mencapai kesimpulan yang mengejutkan dan menemukan bukti untuk transisi molekul ke atom secara terus menerus dalam cairan hidrogen padat, bukan transisi fase orde pertama,” kata Cheng, yang juga seorang Peneliti Junior di Trinity College.

Transisinya begitu halus karena ‘titik kritis’ terkait tersembunyi. Titik kritis ada di mana-mana dalam semua transisi fase antar fluida: semua zat yang dapat berada dalam dua fase memiliki titik kritis. Suatu sistem dengan titik kritis terbuka, seperti sistem uap dan cairan, memiliki fase yang jelas berbeda. Namun, cairan hidrogen padat, dengan titik kritis tersembunyi, dapat berubah secara bertahap dan terus menerus antara fase molekul dan fase atom. Lebih lanjut, titik kritis tersembunyi ini juga menyebabkan fenomena lain yang tidak biasa, termasuk kepadatan dan kapasitas panas maksimal.

1 KOMENTAR