实验室创造的金属氢会彻底改变物理学

导读 早在1935年,普林斯顿大学的物理学家Eugene Wigner和Hillard Bell Huntington预测,如果受到足够高的压力,氢将变成固体金属。在过去的

早在1935年,普林斯顿大学的物理学家Eugene Wigner和Hillard Bell Huntington预测,如果受到足够高的压力,氢将变成固体金属。在过去的几十年中,世界上一些精英实验室的科学家一直试图做到这一点,用激光和电脉冲轰击氢,并试图将其挤压在钻石之间。

驱使他们的不仅仅是好奇心。如果可以制造金属氢并在室温下保持稳定,那么它可能是一种非常有用的材料。一方面,科学家认为它将是一种超导体,能够使电子流过而不会损失任何能量。当加热时,它会释放出巨大的能量,使其有可能成为改变游戏规则的火箭推进剂。但是金属氢有一个缺点吗?到目前为止,还没有人真正能够生产它。哈佛大学的研究人员认为,他们是在实验室中首次制造出金属氢。在《科学》杂志上发表的一篇文章中,自然科学教授Isaac Silvera和研究员Ranga Dias描述了在低温下对经过特殊处理的人造金刚石砧之间的氢进行压缩,并观察到氢经历了从透明到黑色的最终过渡过程,最终转变为一种反射光。他们总结说:“这些特性是原子金属的特性。”通讯作者西尔维拉(Silvera)没有回复电子邮件,但是在哈佛YouTube视频中,他说:“我们制作了一种新材料。这是地球上从未有过的材料。其他人也认为这一发现是重大的。

华盛顿州立大学物理学助理教授杰弗里·麦克马洪(Jeffrey M. McMahon)说:“这篇论文可能是几十年来物理学中最重要的论文之一。它(以实验方式)解决了一个重大的悬而未决的问题。” , 通过电子邮件。“如果金属氢表现出预期的卓越性能,则尤其如此。” 他说,金属氢可能成为“潜在的已知最强大的火箭燃料”。

为了创建该物质,SILVERA和Dias的开始通过压缩液态氢-元素液化当冷却到零下423度(摄氏零下253度)华氏-在从两个合成金刚石制成的砧座。然后,他们转动钢螺钉向液态氢施加越来越大的压力。

氢气的压力约为地球大气压力的200万倍,它是透明的。但是一旦它们将力增加一倍至400万个大气压(比地球核心内部的压力还要大),氢就会变成不透明和黑色。进一步拧紧螺丝,氢气样品会反射大约90%的光。

哈佛大学科学家的发现是在金属氢被首次想象出来的80多年之后的。伊利诺伊大学凝聚态物理专家大卫·塞珀利(David M. Ceperley)通过电子邮件解释说:“之所以花了很长时间,是因为它变成金属的压力比Wigner和Huntingdon最初认为的要高。” “在大约300 [大气压]的压力下,钻石变得非常容易破裂,尤其是在存在氢的情况下。许多其他实验学家对Dias和Silvera能够成功达到他们所报告的压力感到惊讶。”

Ceperley告诫说,这一发现需要通过其他研究加以验证。他说:“甚至哈佛集团都没有重复。” “他们需要验证电池中的纯氢是什么,并且垫片材料没有溶解在其中而使其变成金属。他们需要测量除光反射率以外的其他特性。”

但是,在最近的《自然》杂志上,一些科学家对这一发现表示怀疑,他们说他们希望看到更多证据证明金属汞实际上是在生产的。里维拉告诉《纽约时报》,他计划使用称为拉曼散射的过程对氢气进行额外的测量,该过程使用激光。他还计划将样品带到美国政府在伊利诺伊州的阿贡国家实验室,然后用X射线对其进行探测。Ceperley还不相信金属氢必定会成为改变游戏规则的火箭燃料。他认为,一旦释放出压力,钻石就不会保持稳定。相反,他希望它将恢复为仅在低压下稳定的分子形式。他说:“我认为最可能的应用是教我们如何用含氢化合物制造更好的超导体。显然,纯净的金属氢本身承受的压力太高而无用。”