長期以來，科學家們一直認為，在木星的內核，材料物理的規律有著顯著特征。在那種極端壓力的環境下，就連氫氣都能被擠壓成為金屬。由于金屬氫具有廣闊的應用前景，多年以來，科學家們一直在尋找合成金屬氫的方法。

從這張木星內部的剖面圖可以看到它的石質地核覆蓋了一層厚厚的液態金屬氫。圖：Kelvinsong/Wikimedia Commons

目前來說，已知的唯一方法就是用金剛石對頂砧壓縮氫原子。經過數十年的努力(自首次理論提出已經有80年歷史了)，一個來自法國的科學家團隊終于在實驗室環境下造出了金屬氫。盡管存在很多懷疑的聲音，但科學界還是有很多人認可這一成果。

近日，arXiv發表了該團隊的預印本論文“Observation of a first order phase transition to metal hydrogen near 425 GPa”。該團隊由來自法國原子能和替代能源委員會和同步加速器SOLEIL等機構的Paul Dumas、Paul Loubeyre和Florent Occelli組成。

在論文中，他們指出，在量子限域的法則下，“金屬氫應該存在”是無可爭辯的事實。亦即如果任何材料的電子受到足夠的限制，那么最終就會發生所謂的“帶隙閉合”。簡而言之，任何絕緣材料在足夠大的壓力下，都應該能成為導電金屬。

他們還說明了使其實驗成為可能的兩項進展。

本次實驗使用的金剛石對頂砧的掃描電子纖維照片。圖：Paul Dumas等

第一項是他們使用的金剛石對頂砧裝備，其金剛石頂端是環形(圓環形)，而不是扁平的。這使得該團隊能夠突破其他金剛石對頂砧(400GPa)的壓力限制，并達到600GPa。

同步加速器SOLEIL的鳥瞰圖。圖：C.Kermarrec/Synchrotron SOLEIL

第二項是他們在SOLEIL設計的一種能夠測量樣品的新型紅外光譜儀。一旦測量到樣品達到425GPa的壓力和80K(-193℃)的溫度，就會向研究人員匯報樣品開始吸收所有的紅外輻射，從而表明樣品已經將“間隙閉合”了。

自然地，該研究引起了一些批評和質疑。主要是因為，以前關于金屬氫合成的想法要么被證明失敗，要么就毫無結果。此外，這項研究還沒有接受同行評議，別的物理學家也尚未進行實驗驗證。

不過，這項成果還是有不少支持者的。其中一個是來自美國阿貢國家實驗室的副教授Maddury Somayazulu。在一次采訪中，他表示：“我認為這確實是一個諾獎級的發現。這可能是關于純氫研究的最清潔、最全面的工作之一。”Somayazulu還表示，他非常了解該研究的主要作者Paul Dumas，他認為后者是一位“非常嚴謹、做事條理的科學家”。

上圖為2017年哈佛大學制造金屬氫實驗的顯微圖像。圖：Isaac Silvera

下圖為本次法國科學家實驗的顯微圖像，中間那張圖顯示了金屬氫的形成。圖：Paul Dumas等

另一個對這項研究高度肯定的科學家，是來自卡內基研究院地球物理實驗室的Alexander Goncharov。2017年1月時，哈佛大學萊曼物理實驗室的研究團隊宣稱使用類似方法獲得金屬氫時，他就表示過懷疑。(哈佛大學這項成果當時也引起一些爭議，但沒過幾天，由于操作失誤，他們的金屬氫樣本就消失了。)不過對于這個法國團隊的最新研究，他則表示：“我認為這篇論文包含了氫的間隙閉合的有力證據。盡管其中的某些解釋是錯誤的，還有些數據可以做得更好，但總體上，我是相信這項成果的。”

作為合成材料，金屬氫的應用是極其廣泛的，尤其是它在室溫下具有超導特性，并且是亞穩態的(意味著一旦恢復為常壓，它也能保持其固體性)。這種屬性在電子產品中非常有用。

這對于從事高能物理學研究的科學家來說也是一個好消息，就像目前正在歐洲核子研究中心進行的研究那樣。最重要的是，這項研究將使得天體物理學家無需發送探測器，直接在地球上研究巨行星內部的條件成為可能。

因此，金屬氫的潛力就像冷聚變。鑒于此，任何聲稱已經成功造出金屬氫的人，自然會面對很多棘手的問題。我們所能做的就是希望最新的實驗能夠成功，然后為之慶祝，或是等待科學家的下一次嘗試。