布魯斯·班納（Bruce Banner）並不是唯一一個可以用一個強大的擠壓使您粉碎的科學家。如今，綠巨人的超人力量與研究人員相匹配，他們在超科學實驗中擠壓了各種各樣的東西。
目的不是要拯救世界免受壞人的侵害，而是要探索物質本質的新邊界。畢竟，宇宙中的大多數材料都存在於骨壓力下。想想巨大的恆星和行星核心 - 領域從未見過漫畫迷或其他地球居民。
在地球內，岩石經歷的壓力是普通人居住在海平面下的“ 1個氣氛”的100萬以上倍。超高中子恆星中心的壓力大約是四億倍。在如此極端的條件下，原子本身開始扣緊。
為了模仿這些地獄般的領域，科學家們正在加大實驗室的壓力，就像綠巨人變得瘋狂時變得越來越強。在此過程中，他們擠出了一些令人驚訝的見解。
一個團隊發現了一種新型的氧化鐵，這是一種以前從未見過的化合物，即使它包含了地殼中最常見的兩個元素。另一個群體認為，高壓下氫的奇特行為意味著巨型行星（例如木星）的核心正在緩慢的氫滴水中侵蝕。同時，位於加利福尼亞州利弗莫爾（Livermore）的國家點火設施的科學家已經擠壓了鑽石以記錄壓力，發現了意外的和異國情調的行為。
化學似乎是高壓下的另一種野獸。 “我們正在開發一個全新的範式來理解物質的性質，”華盛頓特區卡內基科學學院的化學家羅素·海利（Russell Hemley）說。
氫粉碎
擠壓材料以查看發生的事情的想法至少可以追溯到17世紀，當時英國化學家羅伯特·博伊爾（Robert Boyle）發現，理想氣體的壓力增加了一倍。大約在同一時間，意大利佛羅倫薩的科學學會Accademia del Cimento的研究人員正在探索是否也可以壓縮液體。科學家用水裝滿了金屬球，並用錘子將其撞了。也許並不奇怪，球體洩漏了。 Hemley說，但是這一實驗為技術上熟練的研究奠定了基礎。
到20世紀，科學家知道，普通物質（無論是固體，液體還是氣體）都根據其電子規定的化學規則，那些在被稱為軌道的定義明確的區域中嗡嗡作響的負電荷的顆粒。事實證明，擠壓物質不僅會壓縮其原子，因此它們將它們堆疊在一起，就像一堆在農貿市場上排序的橙色一樣。壓縮也從根本上以不同的方式改變電子軌道，具體取決於其原始形狀。
突然，電子可以在以前從未有過的地方拉鍊，並且通常管理元素週期表的規則將窗口熄滅。
也許在高壓下奇怪行為的海報孩子是氫，這是宇宙中最常見的元素。作為最簡單的元素，其核中只有一個質子和一個軌道電子，氫似乎應該以一種直接的方式行事。但是最近的實驗表明，像布魯斯·班納（Bruce Banner）一樣，它具有多種性格。
科學家說，最吸引人的事實是，如果您足夠用足夠大的氫擠壓氫，這種飛行的氣體會轉變為一個密集的液體，其電子在不確定的海中移動，從而使其能夠傳導電力並以金屬的形式表現。 Carnegie的物理學家Alexander Goncharov說，了解兩個原子如何將作為氣態H2分子裂解並形成作為液體流動的單個原子可以照亮壓力下更複雜的分子發生的情況。他說：“一旦我們了解了簡單的系統，其他系統就會變得更簡單。”
Goncharov，Hemley和許多其他科學家將氫和其他材料粉碎在被稱為鑽石砧室的機器中的兩顆小鑽石之間。切割鑽石的尖頭末端狹窄到一個小尖端，當擠壓在一起時，壓力會飆升。在鑽石相遇的小凹痕中，可以將注入的樣品壓縮到不可思議的高壓。
使用這樣的設備，德國美因茲的馬克斯·普朗克化學研究所的科學家宣布自然材料11月，他們在室溫下創建了金屬氫，壓力大約是地球大氣的260萬倍（SN：12/17/11，p。 9）。如果得到確認，該發現將實現一個長期的目標；科學家首先預測了1935年金屬氫的存在。
但是一些專家正在扣留對新工作的判斷。擠壓材料並看到一些不尋常的東西是一回事。最終確定這種不尋常的觀察意味著什麼是另一回事。一些研究人員說，他們的數據與金屬氫的主張相矛盾，但是直到在同行評審期刊中出現之前，他們不想討論其工作。
由Mikhail Eremets領導的Max Planck集團參與了另一種高壓分歧。在出現的論文中科學2008年，Eremets的團隊以及加拿大薩斯喀徹溫大學的同事報告說，矽和氫的混合體在高壓下變得超過了。該化合物被稱為矽烷，由一個與四個氫原子鍵合的矽原子製成。作為工業化合物，矽烷被用作塗料劑，驅蟲劑和其他應用。但研究人員報導，但是在鑽石砧室中搗碎它，在約960,000個氣氛下，它開始允許電子自由流動。
其他科學家說，還不是那麼快。研究氫的一個挑戰是，在足夠高的壓力和溫度下，它幾乎開始與周圍的所有事物反應 - 甚至通常是化學惰性的元素。由現在在卡內基（Carnegie）的Duck Young Kim領導的理論家報導說，氫可能會在210,000個氣氛的壓力下與著名的無反應性鉑金交織在一起。在較高的壓力，70萬個氣氛或以上，這個新生的鉑金甚至可能開始進行超導體，在沒有阻力的情況下穿梭電子。物理評論信。
鉑和氫的這種混合可以解釋矽烷報導的超導性。物理評論b。該團隊的計算表明，隨著矽烷分裂為矽和氫，鉑可以形成鉑，並且氫與實驗中使用的鉑電極反應。科學家說，鉑氫的一種特殊的晶體形式可以解釋據說觀察到的超導性。
Eremets的團隊堅持其工作，但這種經驗強調了高壓科學的複雜性。
核心壓縮
儘管在實驗室的極端條件下工作涉及困難，但它仍然是弄清宇宙中許多地方發生的事情，包括人腳下的地面。對於地質學家而言，高壓實驗大約接近到達地球中心的旅程。最新的高壓研究表明，那裡仍然潛伏著多少驚喜。
例如，鐵是地殼中第四大元素，幾乎構成了地球的所有核心。然而，研究人員直到現在發現了一種全新的鐵化合物。它包含四個鐵原子和五個氧原子，僅在高壓下存在。
內華達大學，拉斯維加斯大學和同事的芭芭拉·拉維納（Barbara Lavina）通過smo煙中的一種由鐵，碳和氧氣製成的化合物，在鑽石砧室中合成了這種化合物。該化合物開始分裂，在大約100,000個氣氛和1,800 kelvins（1,500ë攝氏）下，出現了一種新型的晶體。
其他氧化鐵本質上很常見，但這是第一次看到這種特殊的化學組合。 Lavina說：“我只是為了寫For4o5而令人興奮。”國家科學院論文集。
了解鐵原子和氧原子如何彼此鍵合的細節也可能揭示了地球內部的關鍵特性，例如熱量如何流動在地球內。對於揭示這些細節至關重要的一個礦物是Wüstite或Feo。芝加哥大學和日本大阪大學的獨立團隊最近擠壓了Wüstite，發現它的壓力和溫度類似於地球外部核心和下地幔中的壓力和溫度，該層就在核心上方。
芝加哥的麗貝卡·菲舍爾（Rebecca Fischer）說，富含Wüstite的口袋可能存在於核心殼邊界，礦物可能會從核心轉移到更淺的深度。金屬FEO還可以幫助解釋為什麼氧氣在高壓下更容易溶解金屬，例如在地球的核心中，菲舍爾的團隊在即將到來的地球物理研究信。
高壓發現的世界也遠遠超出了地球 - 太陽系中的其他行星以及其他行星系統。特別是，加州巨型行星的岩心是“最不可到達的，但在許多方面，太陽系中最重要的物體”是伯克利分校的行星化學家休·威爾遜（Hugh Wilson）說。核心的存在使木星和土星在它們周圍結合。然後，完整的氣體巨頭的引力拉力有助於決定其餘太陽系的增長方式。
然而，科學家對巨型行星岩心的形成並不多。原則上，他們出生時出生的是岩石和冰的碎片在新生兒太陽周圍旋轉，開始在一起，變得足夠大，可以開始吸引氫氣和氦氣，以構成地球的其餘部分。如今，研究人員不同意核心的大小，更不用說內部存在的條件了。
一個新想法，是由一些涉及氫的高壓理論計算而誕生的，甚至表明巨型行星岩心正在緩慢溶解。隨著時間的流逝，木星核心中的水冰溶解在上面的氫材料中，以使核心收縮，威爾遜和伯克哈德·米利策（Burkhard Militzer），也是伯克利（Berkeley）天體物理學期。威爾遜說：“木星內部發生的事情比以前的模型中考慮到的更為複雜，均勻較少。”
這項工作甚至可以闡明其他太陽系中的行星，天文學家到目前為止僅間接地瞥見了行星。許多已知的系外行星比木星更大，因此內部也更熱。威爾遜說，這些系外行星的核心將開始比木星的侵蝕更快。結果，元素可能已經從核心中浸出，並在氣味的氣氛中變得良好。有一天，如果地球上的天文學家可以從遠處獲得外部球星大氣的詳細圖片，那麼他們可能需要考慮這種內部化學混合，才能正確理解他們所看到的。
擠壓機
在對高壓科學的最終測試中，研究人員正在準備在世界上最強大的激光機上擠壓事物。三足球長的國家點火設施將把192個激光光束集中在一個小目標上。最終的目標是融合氫原子的原子核，從而在實驗室中利用太陽和數十億顆恆星每天做什麼。
但是就目前而言，隨著NIF朝著充分的力量邁進，其他科學家正在利用早期的預選測試來查看橫梁路徑中所發生的材料會發生什麼。實驗室的物質科學家喬恩·埃格特（Jon Eggert）說：“ NIF具有獨特的能力試圖探索這種壓縮科學領域。”
今年春天，NIF科學家在該設施的激光束上擠壓了鑽石，使其壓力達到5000萬個氣氛，這是羅切斯特大學使用歐米茄激光器的不同壓縮技術的前一張唱片的兩倍以上。到目前為止，Eggert和他的同事已經看到壓力模式出現在鑽石晶體中，以前沒人見過。研究人員還將塔塔勒姆（Tantalum）放入機器中，並發現了約340萬個大氣層的晶體形式之間的新過渡。
今年晚些時候，NIF團隊計劃在1億個氣氛中擠壓材料。從理論上講，NIF可以接近或超過嚴重破壞原子殼結構所需的壓力，稱為原子壓力。 Eggert說，這將達到約3億個氣氛，並帶來突破性的見解，以了解在這種情況下物質的行為。他說，但仍不清楚激光光束的幾何形狀是否會使團隊達到壓力的原子單位。
Hemley說，無論NIF設法多麼高，它和其他實驗都將繼續揭示新的驚喜。他說：“在極端條件下探索這些簡單的行星材料確實正在加深我們對化學的理解。” “我們認為我們知道的很多東西是錯誤的。”
內外宇宙中的壓力跨越了60多個數量級，從近乎白層間空間到中子恆星中心的壓碎力。
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學分：從左開始：Gerard Lodriguss/Photo Researchers，Inc。 ； Mark Garlick/Photo Researchers，Inc。 ； CERN/Photo Researchers，Inc。 ；科學來源； Surawach5/shutterstock; Dorling Kindersley/Getty Images； NASA;克里斯·巴特勒（Chris Butler）/照片研究人員公司
