通过使氢分子承受超过地球大气压力 300 万倍的创纪录压力,英国物理学家已经实现了前所未见的氢相的早期阶段,即第五阶段。
对构成所得材料的化学键的观察表明,可能会出现金属形式的氢——早在 1935 年就曾预测这一点,但未能实现。在实验室中令人信服地重现。 人们认为这种难以捉摸的氢金属可以导电毫无抵抗力,并且大量存在木星和土星内部。
“在过去 30 年的高压研究中,有许多关于在实验室中产生金属氢的说法,但所有这些说法后来都被推翻了,”首席研究员说,Eugene Gregoryanz,来自爱丁堡大学。 “我们的研究首次提供了实验证据,证明氢的行为可以如预测的那样,尽管压力比之前想象的要高得多。这一发现将有助于推动基础科学和行星科学的发展。”
Gregoryanz 和他的团队在室温环境下使用金刚石砧向氢分子施加超过 380 GigaPascals 的令人难以置信的压力。 客观地说,1 吉帕相当于大约 10,000 个地球大气压。 这不仅是最高压力科学家们已将其应用于氢分子,这也是实验室有史以来达到的最高压力之一。
这种令人难以置信的高压似乎改变了氢分子中的化学键,使它们进入新的固相 - 第五相。此时,分子开始表现得非常奇怪,因为它们开始分离成带有电子的单个原子表现得更像金属,而不是气体。
约翰·蒂默 (John Timmer) 在 Ars Technica 上进行解释:
“通常情况下,氢以分子形式存在,两个原子共享电子。这种键使电子无法自由循环,并决定了分子的许多特性。这些特性包括当电子改变能量时它吸收的光的波长等制造金属需要溶解该键,从而改变其性能。”
出版于自然今天研究小组表示,虽然他们还没有达到氢的完全金属态,但他们已经观察到了早期阶段——“预测的氢的非分子和金属态的开始”。 这提供了证据表明,甚至更高的压力也可以实现理论预测的纯金属状态 - 但金刚石砧可能还不够。
这项研究可能会受到批评,就像之前所有其他在实验室获得金属氢的说法一样。回到2012年,德国研究人员表示他们发现了金属态的证据,但是正如伊万·阿马托报道的那样自然当时,此类实验的问题是金刚石砧只能使用“极小的样本量”,并且“高压实验充满了潜在的错误”。
“氢是最简单的原子,最简单的分子,也许也是最复杂的元素固体,”康奈尔大学高压物理学家阿瑟·鲁夫(Arthur Ruoff)说,告诉阿马托。
我们只能等待,看看批评者对这一最新尝试有何评论,同时,物理学家的下一个挑战将是找到比钻石施加更大压力的东西。
使用相对的金刚石砧在压缩下氢分子的艺术表现。 图片来源:菲利普·达拉迪-辛普森和尤金·格雷戈良兹