透過以令人難以置信的壓力擠壓地球上最輕的元素，科學家們揭示了一種全新的物質狀態：V相氫。
被擠壓的氫是一種物質狀態的前身，該狀態最早在 20 世紀 30 年代被提出，稱為原子固態金屬氫。當冷卻到足夠低的溫度時，氫（在地球上通常以氣體形式存在）可以變成固體；在足夠高的壓力下，當該元素固化時，它會變成金屬。行星科學家認為木星的內部主要由這種物質構成。
因此，在如此高壓下擠壓氫時，物理學家們也得以一窺氣體巨行星的內部大氣層，那裡的壓力達到數百萬個（地球）大氣壓。[基礎，我親愛的：你從未聽說過的 8 種元素]
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
擠壓氫
在蘇格蘭愛丁堡大學，博士生 Philip Dalladay-Simpson 和他的同事 Ross Howie 和 Eugene Gregoryanz 將少量氫氣放在兩個金剛石砧座之間，並將壓力調高至 384 吉帕斯卡，或每平方英寸 5500 萬磅（psi）。相比之下，地球大氣層在海平面為 100 千帕斯卡，或每平方英寸 15 磅。在木星上，大氣層的重量在雲頂以下約 10,000 英里（16,000 公里）處達到 2900 萬 psi，模型表明，氫可能在那裡以液態金屬的形式存在。
在這種情況下，當壓力達到 325 吉帕斯卡標記，或 4700 萬 psi 時，氫變成了固體，原子形成層，在有序和混亂排列之間交替。科學家說，這是第一次有人在接近室溫（約 300 開爾文，或約 80 華氏度）下看到這種形式的元素。
Dalladay-Simpson 告訴 Live Science 說：“這比以前的工作壓力更高，溫度也更高。” Dalladay-Simpson 說，液態氫在工業中通常在低溫溫度和幾十個大氣壓的壓力下製造，但還沒有人將該元素冷卻到足以使其固化的程度。[物理學中 9 個最大的未解之謎]
任何物質的沸點都傾向於隨壓力升高而升高（反之，當壓力下降時則下降）。這就是為什麼如果您住在丹佛，蛋糕粉的說明會不同——在較高海拔地區，水的沸點較低。對於氫氣，只有在實驗室（或氣體巨行星內部）產生的巨大壓力才會開始液化，並最終固化在非低溫溫度下的氣體，例如地球表面的溫度。
製造金屬氫
2011 年，德國美因茨馬克斯·普朗克化學研究所的一個科學家團隊表示，他們已經制造出金屬氫，但這一說法後來遭到其他科學家的質疑，並且從未得到完全證實。
Dalladay-Simpson 說，他的團隊沒有製造出金屬，但他們已經非常接近了，並且在這個過程中發現了一種新的氫相。任何材料都以不同的相存在。雖然固體、液體和氣體是熟悉的相，但在極端條件下還會出現其他相。
發生這種情況是因為擠壓氫迫使各個原子聚集在一起。如果您只是冷卻普通的氫氣，其分子式為 H2，最終它會形成類似冰的固體，每個原子將與其他原子結合，但與其他原子對的結合強度不如與其他原子對的結合強度。“當我們使用壓力時，我們迫使分子相互作用，”Dalladay-Simpson 說。壓力使原子與其所有鄰居聚集在一起，H2 鍵開始斷裂。
為了測試氫的新形式，研究人員向其發射雷射，並觀察光波長的變化方式。這告訴了他們材料的新結構。
“這篇論文沒有聲稱是金屬狀態，而是聲稱它是金屬狀態的前身，因為我們在實驗中看到的與理論預測的固態金屬氫的相似之處，”Howie 說，他現在是中國高壓科學與技術先進研究中心的常駐科學家。
Dalladay-Simpson 說，研究人員表示他們不確定它是否是金屬，因為他們無法測試電導率。金剛石砧座之間的間隙太小，以至於測試電導率的電極無法放入。
粉碎金剛石
為了確定氫是否呈金屬狀態（無需進行電導率測試），該團隊需要達到更高的壓力，至少達到 400 至 450 吉帕斯卡，科學家們說。
Dalladay-Simpson 說，這些壓力可能會超過金剛石砧座的極限，金剛石砧座可能會破碎。在未來的實驗執行中，該團隊希望增加壓力，看看砧座能承受多大的壓力。
除了目前的裝置外，其他技術不太適合氫。“氫在如此條件下難以容納，因為它非常輕，因此它可以擴散到材料中，而且非常活潑，因此很容易形成化合物，”Howie 說。
Dalladay-Simpson 說他並沒有氣餒，並計劃繼續推進——或者說是擠壓，正如它發生的那樣。理論預測還表明，液態金屬氫也可能是室溫超導體。
該研究在 1 月 7 日出版的《自然》雜誌上進行了詳細介紹。
版權 2015 年 LiveScience，Purch 公司。保留所有權利。未經允許，不得出版、廣播、改寫或再分發此材料。