在不同压缩阶段采集的样品。中心是金属氢，但红色可能是由于钻石中的分子变化而不是氢。图片：Loubeyre等（arXiv 2019）
物理学家尤金·保罗·维格纳（Eugene Paul Wigner）在80多年前预测，氢气是宇宙中最丰富的元素，可以在适当的温度和压力下变成导电的固体金属。自从开始尝试合成这种材料以来，科学家已经花费了数十年的时间，而现在可能已经发现它了！
法国的一个研究小组在一个收集物理学、数学、计算机科学、生物学与数理经济学的论文预印本的网站arXiv上发表了一篇论文，描述了他们在比地球内核更大的压力下对金属氢的观察。也有其他研究人员声称发现了这个物质形态，但通常都遇到了不同程度的怀疑。但是一些专家认为这个最新的声明可能是真的。
金属氢正是它听起来的样子—具有金属特性的元素氢状态。根据这篇新论文，这种物质“毫无疑问地”存在，这要归功于量子限制：限制电子的运动，并且由于量子力学的规则，物质的电子和光学性质也会发生变化。据报道，在足够高的压力下，任何绝缘体都能成为导电金属；例如，氧气在100 GPa下变成金属，这一压力大约是海平面地球空气压力的一百万倍。
由于一些原因，金属氢的发现将是令人兴奋的。当然，实验可以证明这种材料的存在。它能在没有升温的情况下传输电力，这意味着它将是超导体，甚至可能是室温超导体。这是物理学家另一个长期追求的目标，这可能会彻底改变电子产品。此外，这样的金属氢可能会填充像木星这样的大质量气体行星的中心，因此在地球上合成金属氢可以帮助我们更多地了解这些行星。
由法国原子能委员会保罗·劳本乐（Paul Loubeyre）领导的研究小组首先通过将金刚石尖端之间的氢气压缩到310 GPa来生产固体分子氢，正如该组和其他人之前所展示的那样。然后，他们进一步加大压力，分析了样品如何吸收在法国被称为SOLEIL同步加速器的粒子加速器产生的红外辐射。在大约425 GPa和绝对零度（0开尔文，即所有物质具有最小热量的温度）上80度条件下，样品突然开始吸收所有红外辐射。它们“封闭了带隙”是对研究人员发出的信号，这意味着固体材料不再需要输入能量使其电子跳入一种状态，以便它们穿过样品。
基本上，研究人员声称他们已经给了氢气足够的压力，量子效应现在允许电子像在金属中一样流过样品。
根据该论文，两项新的进展使研究人员能够实现他们的观察。首先，钻石尖端不是扁平而是环形的，这意味着它们具有外部平坦表面、圆环形空间和内部平坦表面。这使科学家们克服了其他钻石砧座细胞面临的400 GPa限制。其次，研究人员设计了一种新型的红外显微镜，可以测量样品。
“我认为这确实是一项诺贝尔奖级别的发现。”
值得注意的是，这一结果尚未经过同行评审，这意味着它尚未出现在主要的科学期刊中，并且尚未经过该领域的其他专家的评审。目前还没有其他研究人员独立验证这一发现。据Nature报道，包括劳本乐在内的科学家们对2017年金属氢的声称持严重的怀疑态度，另一个团队对他们在2012年的发现表示遗憾。
但是这篇新论文有些不同。“我认为这确实是一项诺贝尔奖级别的发现，”美国阿贡国家实验室的高压物理学家马德瑞·索玛雅祖鲁（Maddury Somayazulu）说，他没有参与这项研究，他在一封电子邮件中说。他解释说，他非常了解SOLEIL的研究报告的主要作者保罗·杜马斯（Paul Dumas），并且杜马斯是“令人难以置信的”细心而系统的科学家。
虽然这还需要等待数月的同行评审，但这在该领域肯定是一个激动人心的时刻，科学家们最终可能会在钻石尖端内部产生金属氢。在不丢失金属的情况下拧开钻石则是另一个故事。
文／钱海
