斯坦福联手俄专家揭秘：惰性黄金竟成“氢内鬼”！木星模型要重写

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在高压实验室的精密实验中，科学家们意外合成了一种名为“金氢化物”的全新化合物。这种独特的物质诞生于极端环境之中：当纤薄的金箔置身于数万倍于地球大气压的重压与炽热高温之下，并与高密度氢气发生接触时，奇迹便发生了。

这一发现彻底颠覆了黄金作为近乎惰性金属的传统认知，揭示了极端物理条件如何将我们熟知的物质转化为完全陌生的形态。 通过在实验室中合成金氢化物，研究人员为探索巨行星内部结构及恒星核聚变过程中的致密氢环境，开辟了一条全新的研究路径。

该研究由斯坦福直线加速器中心资深科学家蒙戈·弗罗斯特主导，其团队长期深耕于探索极端压力与温度下的材料行为。黄金因其极强的化学惰性，通常被选作此类实验的基材，扮演着被动式X射线吸收体的角色，用于加热周围材料。

实验的初衷是预期黄金将保持其一贯的“冷漠”——毕竟，这种化学惰性正是其被常规应用于X射线吸收实验的根本原因。然而，一场意外的化学反应却诞生了实验室首例由纯金与氢原子构成的固态化合物。

事实上，该实验的原定目标旨在测量简单的碳氢化合物在高压高温环境下转化为钻石所需的时间。研究人员将微量的碳氢化合物置于金刚石对顶砧的顶端之间，该装置能够迫使样本承受巨大的静态压力。

金刚石对顶砧内部结合激光加热技术，使科学家得以深入研究极端压力下的物质特性，近期的综述文章已展示了相关成果。 在德国欧洲X射线自由电子激光装置的实验中，X射线脉冲击中样本中的薄金箔，进而加热周围的碳氢化合物。

研究团队逐步将压力提升至接近地球下地幔的水平，随后用连续的X射线脉冲轰击样本。研究显示，在超过1982摄氏度的高温和远超地幔压力的条件下，金氢化物开始形成。

X射线散射图谱证实，碳原子已嵌入规整的金刚石晶格，这与研究人员基于前期工作的预期相符。然而，数据信号同时也清晰地显示，氢原子侵入了金的晶格结构，形成了改变金属散射X射线特性的氢化金。

在高温高压下，氢进入超离子态——原子在固体内部如液体般流动，赋予了氢化金导电性。由于氢通常几乎不散射X射线，因此团队通过观察金晶格的变化来推断轻原子的运动规律。

模拟与实测数据表明：高温下，氢原子在六方金晶格中快速扩散，但当样品冷却时会发生分离。这一现象与木星内部模型产生了共鸣，木星的核心被认为包裹着一层金属氢壳层，其内部压力远超地球表面。

在如此极端的环境中，氢原子被压缩至极致，其行为更接近高密度导电流体，而非我们认知的普通气体。 近期研究发现，硅水混合物和硅氢混合物中的超离子态可能有助于解释巨行星的磁场现象。氢化金提供了一个可控的实验环境，能够测量高密度氢的结构与运动，为理论学家进行行星计算提供了更清晰的目标。

太阳等恒星因引力压缩氢原子直至发生核聚变而熠熠生辉，核聚变研究者正致力于在地球实验室中重现这一过程。精确模拟高压下的致密氢态，对于理解聚变燃料的行为至关重要。

模拟结果显示，高密度氢态行为哪怕微小的参数不确定性，都可能显著改变聚变预测结果。通过锁定特定压强与温度下氢在金中的运动规律，这些测量数据为聚变模型构建者提供了验证计算的宝贵基准。

在日常化学语境中，黄金被归类为极少形成化合物的“贵金属”，这正是珠宝能够历经数十年仍保持光泽的原因。然而在本次实验中，黄金在压力急剧升高时形成了含氢化合物，而当条件趋于缓和时又重新分离为纯金。

该发现有力地表明，极端压力与高温环境可以催生常温下根本不存在的化学反应。此前的高压研究已证实氙等惰性元素可形成化合物，因此金氢化物的存在进一步印证了物质在受到强力挤压时，其化学性质会发生根本性改变。

实验依托于欧洲X射线自由电子激光装置，这座强大的X射线激光设施每秒可向靶标发射数千次脉冲。这些脉冲精准地向金箔注入能量，使科学家能够在金刚石对顶砧维持高压的同时，实现样本的快速加热。

高能量密度科学——即研究极端压力与温度下的物质行为——正是建立在强力X射线激光与金刚石对顶砧技术的结合之上。 随着工具的不断升级，从更坚固的金刚石砧座到更明亮的X射线源，研究人员得以探测曾被视为纯理论存在的物质状态。

金氢化物如今加入到了奇异相态的目录之中，该目录还包括超离子水和硅化合物，这些物质仅在原子受到极端挤压和加热时才会现身。尽管大多数相态在压力或温度降低后便会消失，但它们的存在有助于解释行星如何传导热量并产生磁场。

鉴于其他金属的氢化物已展现出超导性等特性，理解金氢化物的性质终将助力新型电子材料的设计。金氢化物在应力下的显现表明：当科学家将实验条件推向常规经验之外时，即便是实验室样本中的常见元素也可能表现出意想不到的特性。

捕捉金中超离子氢的模拟框架，使得预测其他元素在不同压温条件下注入氢气后的行为成为可能。未来的实验或许可以将金替换为更接近行星物质构成的其他金属或混合物，以此验证是否会出现奇异的氢化物。

每种在极端条件下发现的新化合物，都将扩展高压相的元素周期表，并进一步阐明普通元素在强力作用下的行为规律。该研究已发表于美国国家医学图书馆。