氫的新形式

材料牛注：物理學家創造了一種新形式的氫——帶負電荷的氫簇。簇中的原子數僅為奇數，范圍從n = 5到n = 129。最穩定的簇中心是帶負電荷的H-離子核，周圍環繞著完全由氫分子填充的殼體。

氫占宇宙總質量的75％，占總原子數的90％多，我們對氫都已經非常熟悉了。但是氫作為宇宙中最簡單和最豐富的元素仍然有一些未解之謎，物理學家剛剛創造了一種新形式的氫——帶負電荷的氫簇。

要理解什么是帶負電荷的氫簇，你首先要了解更常見的對應形式——帶正電荷的氫簇。帶正電荷的氫簇正如聽起來那樣——由幾個或許多氫分子構成的帶正電荷的簇，簡稱為氫離子簇，在極低的溫度下形成，可包含多達100個單獨的原子。

物理學家大約在40年前證實了氫離子簇的存在，雖然有理論證明大量原子帶負離子氫簇的存在，但是無人知道如何將其創造出來。

但這并沒有阻止奧地利因斯布魯克大學Michael Renzler領導的物理學家團隊對其進行探究。首先，他們注入含有氫（H₂）分子的冷液氦液滴，從而使混合物形成具有中性電荷的簇。接下來，用電子束沖擊這些含有H₂的液滴，使得一些氫分子電離，并作為帶負電荷的氫離子分布到周圍的真空中。很快，附近的氫分子開始聚集在帶負電荷的離子周圍。研究人員發現，這些新形成的團簇擁有幾個或多個分子。

通常情況下，粒子物理是最難以捉摸的，這些帶負電荷的氫簇只存在于瞬間——微秒（1微秒= 0.000001秒），令人難以置信。但這時間也足夠讓該團隊確定其幾何結構。

正如Michael Schirber在美國物理學會中的報道，研究人員發現簇中的原子數僅為奇數，范圍從n = 5到n = 129。最穩定的簇中心是帶負電荷的H-離子核，周圍環繞著完全由氫分子填充的殼體。

“奇數值表明了簇是幾個H₂分子和單個H-離子核的組合，它們通過感生偶極子的引力結合在一起，”Schirber解釋說。最常見簇的原子數為n = 25，n = 65和n = 89。

該團隊稱這些數字為“神秘數字”，它們表明了H₂分子對稱且幾乎固定的排列，例如20邊的二十面體。

那么這一切為什么這么重要？ 多年來，研究人員懷疑這些大的氫簇可以在外部空間、冷的密云中或氣體行星的大氣中自然形成。

既然我們知道了帶負電荷的氫簇并不是不可能的，并且知道了它們最常見和穩定的形式，因而現在更容易識別它們。

在研究人員質疑暗物質（假設暗物質占可觀察到的宇宙的27％）是否存在的時候，在解密我們周圍空間最小的組成部分的時候，我們需要所能獲得的所有幫助。

原文鏈接：Physicists have created a new form of hydrogen。

文獻鏈接：Anionic Hydrogen Cluster Ions as a New Form of Condensed Hydrogen。

本文由編輯部丁菲菲提供素材，王冰編譯，點我加入材料人編輯部。

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