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哈佛学者用高压造出第一个金属氢,同行纷纷质疑:证据不充分

2017-2-14 09:02| 发布者: 工艺小主| 评论: 0|来自: 澎湃新闻

摘要: 许多研究者对声称将氢压缩为金属态的论文表示怀疑。两位物理学家声称,他们通过用高压挤压将氢变为了金属。80多年来,物理学家一直在尝试实现这一壮举。但其他科学家对他们的声明感到相当怀疑。他们的实验是对这个屡 ...
许多研究者对声称将氢压缩为金属态的论文表示怀疑。
两位物理学家声称,他们通过用高压挤压将氢变为了金属。80多年来,物理学家一直在尝试实现这一壮举。
但其他科学家对他们的声明感到相当怀疑。他们的实验是对这个屡屡失败的领域的最新一次尝试。
Ranga Dias和Isaac Silvera都是哈佛大学的物理学家,他们首先于去年十月在arXiv预印本网站上报告了结果,但立刻招来了批评。这份报告的同行评议版本发表在了1月26日的《科学》期刊上,但怀疑者指出论文并没有加入多少新信息。
压力之下:哈佛大学研究者宣称已使用金刚石压砧成功将氢挤压为金属态,但物理学界对此并不信服。  本文图片均为“ Nature自然科研”微信公众号 图
五位专家告诉《自然》新闻团队,他们目前还不相信这一声明,仍然需要更多的证据才能得出结论。“我认为这篇论文根本没有说服力,”法国原子能委员会的物理学家Paul Loubeyre表示。
Silvera和Dias说,他们希望在用脆弱的实验材料进一步验证实验前,先发表初步的观测结果。
金属氢之梦
自从理论物理学家在1935年首次预测金属氢的存在以来,在实验室制备出金属氢就一直是高压研究者的梦想。根据理论预测,在高压砧内用足够的压力挤压,氢就能获得导电性——金属态的标志。理论学家还表示,金属氢可能还拥有其它奇异性质,比如在室温下拥有超导性(电阻为零的性质)。
通过制备金属氢,物理学家或许就能在实验室探索行星科学:据推论,木星等气态巨行星的核心含有金属氢,这或许是它们能维持磁场的原因。
近年来,物理学家已经在高于地心压力的压力下,用金刚石压砧挤压了微量氢样本。这种实验非常精细,且很容易出现错误。研究者已经在挤压过程中观察到了材料颜色从透明转变为深色的变化,这意味着电子被挤压在一起后拥有了吸收可见光光子的能力。但能反射光线、闪闪发亮的金属氢的存在还没有得到证明。2011年,德国马克斯·普朗克化学研究所的物理学家报告的结果也存在争议。该团队领导人Mikhail Eremets表示,他的团队还没有取得金属氢存在的决定性证据。
Dias和Silvera声称,他们能以超过此前任何团队的高压挤压氢元素。为了实现这一点,他们使用了一个能放进低温恒温器的压砧,将氢样本冷却到了略高于绝对零度的温度。他们还宣称找到了一种能更好地打磨金刚石压头的方法,从而消除可能导致金刚石破碎的不规则性。随后,他们将压强加到了4950亿帕斯卡(495GPa),几乎是海平面大气压的500万倍。
“突然间,氢变成了一种闪亮、反光的物质,这种物质只可能是金属,”Silvera说。Silvera表示,通过显微镜观察,氢样本闪闪发亮,而且会以金属氢应有的方式反射光线。
两位物理学家说,显微镜照片展示了氢从透明气体(图左)转变为黑色分子态(图中),最终变为闪亮的金属态(图右)的过程。
重新测量
其他研究者并没有被他们说服。卡内基科学研究所的地球物理学家Alexander Goncharov说,研究者观察到的闪亮金属到底是不是氢还远不清楚。Goncharov此前也批评过Silvera实验室的研究方法。他提出,这种闪亮的金属可能是氧化铝。压砧的金刚石压头上镀了一层氧化铝,而且氧化铝在高压下也可能出现不同的表现。
Loubeyre和另一些科学家认为,压砧内压力与调节螺钉之间的校准不精确,Silvera和Dias高估了他们取得的压力大小。英国爱丁堡大学的物理学家Eugene Gregoryanz补充,部分问题在于,这两位研究者只在最高压力下对样品进行了一次详细测量,使人们难以看出压力在实验过程中是如何变化的。
“要想说服众人,他们得重做一次测量,真正测量出压力的演变,”Loubeyre说。“然后,他们还必须证明氧化铝在这样的压力范围下不会变为金属态。”
但Silvera表示,他只是想在验证实验前先将消息公之于众。据他所说,验证性实验可能会破坏他们宝贵的样本。“我们想用这个样本来发表这个突破性的进展,”他说。为了保护材料,他和Dias把材料保存在了低温恒温器里。他说,他的实验室只有两台低温恒温器,另一台正用于其它实验。“既然论文已经被接受了,我们还将开展进一步的实验。”
虽然质疑众多,但《科学》期刊和哈佛大学发布的新闻稿仍然充满信心地宣称制成了金属氢。“制备金属氢是高压物理学的圣杯,”Silvera在哈佛大学的新闻稿中说。“这是地球上的首个金属氢样本。”
原文以Physicists doubt bold report of metallic hydrogen为标题
发布在2017年1月26日的《自然》新闻上
原文作者:Davide Castelvecchi

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