Un esperimento con laser a raggi X presso l’European XFEL forma un idruro d’oro stabile solo a oltre 40 gigapascal e apre una finestra sull’idrogeno denso dei pianeti e dei plasmi. Un team internazionale ha osservato qualcosa che, a temperatura e pressione ambiente, sembrava quasi un’eresia chimica. L’oro, il metallo che viene utilizzato proprio perché “non reagisce”, può combinarsi con l’idrogeno e formare un composto solido in condizioni estreme. Il risultato è un idruro d’oro che appare al di sopra dei 40 gigapascal e a migliaia di gradi, un intervallo paragonabile a quello delle profondità del mantello terrestre. La scoperta è avvenuta in un allestimento pensato per altro. Nella stazione ad alta densità di energia dell’European XFEL, in Germania, i ricercatori hanno compresso microgocce di idrocarburi in una cella di diamante e le hanno riscaldate con impulsi di raggi X che colpivano una sottile lamina d’oro. L’obiettivo era seguire il passaggio dal carbonio al diamante, ma i segnali di diffrazione hanno rivelato che l’oro, lungi dal limitarsi ad agire come assorbitore, stava cambiando la propria struttura cristallina a causa dell’ingresso di idrogeno.
Idruro d’oro sotto pressione estrema
Le prove sperimentali indicano una fase esagonale in cui l’idrogeno si alloggia negli spazi vuoti della rete di atomi d’oro e la sua proporzione aumenta con la pressione, con una stechiometria del tipo Au₂Hₓ (con x che si avvicina a 1). Nell’articolo scientifico, gli autori collocano la formazione del composto al di sopra dei 40 gigapascal e a circa 2.200 kelvin.
Ciò che colpisce non è solo il fatto che l’oro “accetti” l’idrogeno, ma che lo faccia in un regime in cui la chimica quotidiana non serve più da guida. In queste condizioni, l’energia disponibile e la vicinanza delle fasi consentono percorsi di reazione che, sul tavolo di laboratorio, sono improbabili o direttamente impossibili. La stessa comunicazione del laboratorio SLAC sottolinea il carattere inaspettato di un metallo considerato quasi inerte in un esperimento progettato con l’oro come “elemento passivo”.
Idrogeno superionico e conduttività
Nella fase osservata, l’idrogeno non si comporta come un ospite immobile. I team descrivono uno stato “superionico”, in cui gli atomi di idrogeno si muovono con grande facilità attraverso una rete solida di oro, il che è associato ad un aumento della conduttività. L’immagine che emerge dall’esperimento è quella di un solido con una sottostruttura mobile, qualcosa che di solito viene discusso nei materiali ricchi di idrogeno e che qui appare, in modo insolito, in un composto contenente oro.
Questa mobilità è importante per un motivo metodologico. L’idrogeno disperde molto poco i raggi X, quindi “vederlo” richiede dei giri di parole. La strategia dell’esperimento consiste nel leggere la sua presenza e la sua dinamica attraverso il modo in cui si deforma e si evolve la rete d’oro, che lascia una traccia chiara nei modelli di dispersione.
Dai diamanti di laboratorio ai pianeti giganti
Il contesto di partenza era la chimica del carbonio ad alte pressioni, un campo con ramificazioni industriali e geofisiche. Questa strada è ancora presente nei dati, perché il team ha confermato la formazione di diamanti nelle condizioni previste.
Ma l’episodio dell’oro e dell’idrogeno sposta l’attenzione su una questione più ampia. Quali stati assume l’idrogeno quando viene compresso a densità estreme e come si muove in mezzi solidi o quasi solidi.
Qui la notizia si collega all’interesse per l’interno di pianeti come Giove, dove si prevede la presenza di idrogeno in forme dense e conduttive, e alla modellizzazione dei combustibili in scenari ad alta energia. In ambito divulgativo, questa conversazione convive con il dibattito sociale sul ruolo dell’idrogeno nella transizione energetica, con i suoi limiti materiali e di risorse, come ricorda questa analisi sull’idrogeno verde pubblicata nel 2025 su Ecoticias.
Parallelamente, anche la promessa della fusione, che dipende dalla comprensione del comportamento dell’idrogeno in condizioni estreme, è entrata nell’agenda pubblica.
Qui si inseriscono i progetti che cercano di dominare il ciclo del trizio e l’ingegneria associata, come il piano sulla fusione nucleare nel Regno Unito o la revisione della corsa ai cosiddetti “soli artificiali” in Cina, entrambi del 2025.
L’infrastruttura che rende possibile la nuova chimica
L’esperimento si basa su una combinazione di strumenti che, separatamente, erano già potenti e insieme cambiano la scala. La cella a incudine di diamante consente di mantenere pressioni enormi in volumi minuscoli.
Il laser a elettroni liberi fornisce impulsi ultrabrevi di raggi X che riscaldano e, allo stesso tempo, consentono di misurare la struttura cristallina nell’istante. Questa combinazione definisce un confine in cui la chimica smette di essere un catalogo di reazioni conosciute e diventa esplorazione.
La parte europea di questa infrastruttura è proprio il DESY, che descrive il lavoro come un esempio di come la fisica ad alta densità di energia possa rivelare fasi fugaci, stabili solo finché viene mantenuta la pressione.
In termini pratici, l’idruro appare con il calore e la compressione e si decompone quando il sistema si raffredda e le condizioni si rilassano, a ricordare che molti materiali “nuovi” di questa famiglia sono, per definizione, stati di frontiera.
Cosa si studierà d’ora in poi
Il passo successivo è duplice. Da un lato, delimitare la mappa di stabilità del composto, quanta pressione e temperatura richiede, quanto idrogeno ammette e come varia la sua struttura.
Dall’altro, verificare fino a che punto il metodo sia utile per esplorare altri metalli e altre miscele con idrogeno, e se quel catalogo di idruri ad alta pressione possa fornire riferimenti utili per calcoli planetari o modelli di fusione.
La notizia, inoltre, dialoga con una linea più ampia su come la materia cambia quando viene compressa. Questo asse appare sia in articoli su materiali estremi come la lonsdaleite, sia in dibattiti sull’impronta e la produzione di nuovi diamanti, ad esempio con i diamanti sintetici e la loro promessa “verde”, e anche in racconti che collegano pressione ed energia a scenari futuristici come il razzo a fusione.
