許多研究者對(duì)聲稱(chēng)將氫壓縮為金屬態(tài)的論文表示懷疑。

兩位物理學(xué)家聲稱(chēng)，他們通過(guò)用高壓擠壓將氫變?yōu)榱私饘佟?0多年來(lái)，物理學(xué)家一直在嘗試實(shí)現(xiàn)這一壯舉。

但其他科學(xué)家對(duì)他們的聲明感到相當(dāng)懷疑。他們的實(shí)驗(yàn)是對(duì)這個(gè)屢屢失敗的領(lǐng)域的最新一次嘗試。

Ranga Dias和Isaac Silvera都是哈佛大學(xué)的物理學(xué)家，他們首先于去年十月在arXiv預(yù)印本網(wǎng)站上報(bào)告了結(jié)果，但立刻招來(lái)了批評(píng)。這份報(bào)告的同行評(píng)議版本發(fā)表在了1月26日的《科學(xué)》期刊上，但懷疑者指出論文并沒(méi)有加入多少新信息。

壓力之下：哈佛大學(xué)研究者宣稱(chēng)已使用金剛石壓砧成功將氫擠壓為金屬態(tài)，但物理學(xué)界對(duì)此并不信服。  本文圖片均為“ Nature自然科研”微信公眾號(hào) 圖

五位專(zhuān)家告訴《自然》新聞團(tuán)隊(duì)，他們目前還不相信這一聲明，仍然需要更多的證據(jù)才能得出結(jié)論?！拔艺J(rèn)為這篇論文根本沒(méi)有說(shuō)服力，”法國(guó)原子能委員會(huì)的物理學(xué)家Paul Loubeyre表示。

Silvera和Dias說(shuō)，他們希望在用脆弱的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)前，先發(fā)表初步的觀測(cè)結(jié)果。

金屬氫之夢(mèng)

自從理論物理學(xué)家在1935年首次預(yù)測(cè)金屬氫的存在以來(lái)，在實(shí)驗(yàn)室制備出金屬氫就一直是高壓研究者的夢(mèng)想。根據(jù)理論預(yù)測(cè)，在高壓砧內(nèi)用足夠的壓力擠壓，氫就能獲得導(dǎo)電性——金屬態(tài)的標(biāo)志。理論學(xué)家還表示，金屬氫可能還擁有其它奇異性質(zhì)，比如在室溫下?lián)碛谐瑢?dǎo)性（電阻為零的性質(zhì)）。

通過(guò)制備金屬氫，物理學(xué)家或許就能在實(shí)驗(yàn)室探索行星科學(xué)：據(jù)推論，木星等氣態(tài)巨行星的核心含有金屬氫，這或許是它們能維持磁場(chǎng)的原因。

近年來(lái)，物理學(xué)家已經(jīng)在高于地心壓力的壓力下，用金剛石壓砧擠壓了微量氫樣本。這種實(shí)驗(yàn)非常精細(xì)，且很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。研究者已經(jīng)在擠壓過(guò)程中觀察到了材料顏色從透明轉(zhuǎn)變?yōu)樯钌淖兓?，這意味著電子被擠壓在一起后擁有了吸收可見(jiàn)光光子的能力。但能反射光線、閃閃發(fā)亮的金屬氫的存在還沒(méi)有得到證明。2011年，德國(guó)馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的物理學(xué)家報(bào)告的結(jié)果也存在爭(zhēng)議。該團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)人Mikhail Eremets表示，他的團(tuán)隊(duì)還沒(méi)有取得金屬氫存在的決定性證據(jù)。

Dias和Silvera聲稱(chēng)，他們能以超過(guò)此前任何團(tuán)隊(duì)的高壓擠壓氫元素。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，他們使用了一個(gè)能放進(jìn)低溫恒溫器的壓砧，將氫樣本冷卻到了略高于絕對(duì)零度的溫度。他們還宣稱(chēng)找到了一種能更好地打磨金剛石壓頭的方法，從而消除可能導(dǎo)致金剛石破碎的不規(guī)則性。隨后，他們將壓強(qiáng)加到了4950億帕斯卡（495GPa），幾乎是海平面大氣壓的500萬(wàn)倍。

“突然間，氫變成了一種閃亮、反光的物質(zhì)，這種物質(zhì)只可能是金屬，”Silvera說(shuō)。Silvera表示，通過(guò)顯微鏡觀察，氫樣本閃閃發(fā)亮，而且會(huì)以金屬氫應(yīng)有的方式反射光線。

兩位物理學(xué)家說(shuō)，顯微鏡照片展示了氫從透明氣體（圖左）轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏肿討B(tài)（圖中），最終變?yōu)殚W亮的金屬態(tài)（圖右）的過(guò)程。

重新測(cè)量

其他研究者并沒(méi)有被他們說(shuō)服?？▋?nèi)基科學(xué)研究所的地球物理學(xué)家Alexander Goncharov說(shuō)，研究者觀察到的閃亮金屬到底是不是氫還遠(yuǎn)不清楚。Goncharov此前也批評(píng)過(guò)Silvera實(shí)驗(yàn)室的研究方法。他提出，這種閃亮的金屬可能是氧化鋁。壓砧的金剛石壓頭上鍍了一層氧化鋁，而且氧化鋁在高壓下也可能出現(xiàn)不同的表現(xiàn)。

Loubeyre和另一些科學(xué)家認(rèn)為，壓砧內(nèi)壓力與調(diào)節(jié)螺釘之間的校準(zhǔn)不精確，Silvera和Dias高估了他們?nèi)〉玫膲毫Υ笮?。英?guó)愛(ài)丁堡大學(xué)的物理學(xué)家Eugene Gregoryanz補(bǔ)充，部分問(wèn)題在于，這兩位研究者只在最高壓力下對(duì)樣品進(jìn)行了一次詳細(xì)測(cè)量，使人們難以看出壓力在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是如何變化的。

“要想說(shuō)服眾人，他們得重做一次測(cè)量，真正測(cè)量出壓力的演變，”Loubeyre說(shuō)?！叭缓?，他們還必須證明氧化鋁在這樣的壓力范圍下不會(huì)變?yōu)榻饘賾B(tài)?！?/p>

但Silvera表示，他只是想在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)前先將消息公之于眾。據(jù)他所說(shuō)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可能會(huì)破壞他們寶貴的樣本?！拔覀兿胗眠@個(gè)樣本來(lái)發(fā)表這個(gè)突破性的進(jìn)展，”他說(shuō)。為了保護(hù)材料，他和Dias把材料保存在了低溫恒溫器里。他說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室只有兩臺(tái)低溫恒溫器，另一臺(tái)正用于其它實(shí)驗(yàn)?！凹热徽撐囊呀?jīng)被接受了，我們還將開(kāi)展進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)?！?/p>

雖然質(zhì)疑眾多，但《科學(xué)》期刊和哈佛大學(xué)發(fā)布的新聞稿仍然充滿信心地宣稱(chēng)制成了金屬氫。“制備金屬氫是高壓物理學(xué)的圣杯，”Silvera在哈佛大學(xué)的新聞稿中說(shuō)?！斑@是地球上的首個(gè)金屬氫樣本?！?/p>

原文以Physicists doubt bold report of metallic hydrogen為標(biāo)題

發(fā)布在2017年1月26日的《自然》新聞上

原文作者：Davide Castelvecchi

（本文原載于“Nature自然科研”微信號(hào)，原標(biāo)題為《高壓物理學(xué)的圣杯，金屬氫真的被造出來(lái)了嗎？》。澎湃新聞經(jīng)授權(quán)后轉(zhuǎn)載，不允許二次轉(zhuǎn)載。）