撰文 杰西·埃姆斯帕克（Jesse Emspak）
编译 丁家琦
科学家给宇宙中最轻的元素——氢加上难以置信的高压，得到了一种崭新的物质结构：氢V（即氢的第五种物质状态）。
这种结构很可能是20世纪30年代提出的所谓“原子固体金属氢”的前身。理论预言，只要把温度降得足够低，通常情况下为气态的氢气就能变成固体，而再加上足够高的压强，它就能变成金属。
行星科学家认为，像木星这样的气体巨行星的内部也有着极高的压力，因此其内部很可能就是由类似固态氢的物质组成。因此，通过人为制造超高压来压缩氢气，也能帮助科学家了解气体巨行星的内部结构。
压缩氢气
在英国爱丁堡大学，一名博士生Philip Dalladay-Simpson正在导师Ross Howie和Eugene Gregoryanz的指导下将一小部分氢气输进两个金刚石砧（diamond anvil）之间，随后将压强加到384吉帕斯卡（GPa，我们地球的大气压约为100千帕斯卡，这个压强相当于大气压的384万倍）。理论预言，当压强达到325GPa时，氢就会开始固化，氢原子形成层状结构，每层的原子在规则与混乱排布之间来回转换，而这是人类首次在室温下实现氢的该种结构。
“我们的压强和温度都在先前工作的基础上实现了大幅提升。”Dalladay-Simpson说。液态氢已经可以在工业中通过低温和数十个大气压的压强生产出来，但至今为止还未曾有人将氢变成固体。
任何物质的沸点都会随着压力的上升而上升（反之下降），如果你住在西藏，水的沸点就比内陆低一些，烹饪的方式也要发生变化。而对于氢，就需要加上极高的压强才能把它的沸点提高到室温，让它在室温下液化，甚至凝固。
通往金属氢之路
2011年，德国马克斯·普朗克化学研究所的研究者宣称他们制造出了金属氢，但该结果受到了其他科学家的质疑，一直没有得到确认。Dalladay-Simpson说他们的团队也不能说制造出了金属氢，但发现了氢的一种新结构，接近于金属。所有的材料都有不同的结构状态，在物理学和化学上称为“相”（phase）。固、液、气就是三种最常见的相，而在极端条件下还有更多的相产生。
为什么高压会让氢产生不同的相呢？这是因为高压迫使原本两两组合成氢分子的氢原子都挤到了一起，形成类似冰一样的结构，原本的分子与分子之间作用力增强，但仍然弱于分子内两个氢原子之间的作用力。“加压让原子与所有邻近的原子都挤到一起,迫使分子之间发生相互作用，氢—氢键也开始断裂。”Dalladay-Simpson说。
那么，怎么证明氢的结构发生了改变呢？研究人员用激光照射它，发现它的拉曼散射波长发生了改变，这表明出现了一种新的物质结构。
“我们的论文并没有说发现了氢的金属态，只说这是金属态的前身，因为它和理论预言的固态金属氢有相似之处。”目前在中国上海高压先进科研中心任职的Howie再次强调。研究者还不能确定得到的相是不是金属，因为金刚石砧之间的间隙太小了，他们无法把电极放进去测定该物质的电导率。
粉碎钻石的超高压
为了得到确定无疑的金属态，研究人员还需要进一步提高压强，至少得达到400到450GPa，而这么高的压强可能已经超过了金刚石砧所能达到的极限，会让金刚石也粉身碎骨。Dalladay-Simpson表示，他们未来计划进一步提高压强，看看金刚石砧能撑多久。
而其他技术目前为止都无法很好地用来压缩氢气。“对氢气进行压缩处理极为困难，因为它很轻，容易从容器中泄漏出去，同时化学活性又很强，易与其他材料发生化学反应。”Howie说。
不过科学家没有被这些困难所吓倒，仍然打算进一步推进研究。有理论预测液态金属氢可能是一种室温超导体，这也给他们的研究带来了一些应用前景。
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