氢的新形式

材料牛注：物理学家创造了一种新形式的氢——带负电荷的氢簇。簇中的原子数仅为奇数，范围从n = 5到n = 129。最稳定的簇中心是带负电荷的H-离子核，周围环绕着完全由氢分子填充的壳体。

氢占宇宙总质量的75％，占总原子数的90％多，我们对氢都已经非常熟悉了。但是氢作为宇宙中最简单和最丰富的元素仍然有一些未解之谜，物理学家刚刚创造了一种新形式的氢——带负电荷的氢簇。

要理解什么是带负电荷的氢簇，你首先要了解更常见的对应形式——带正电荷的氢簇。带正电荷的氢簇正如听起来那样——由几个或许多氢分子构成的带正电荷的簇，简称为氢离子簇，在极低的温度下形成，可包含多达100个单独的原子。

物理学家大约在40年前证实了氢离子簇的存在，虽然有理论证明大量原子带负离子氢簇的存在，但是无人知道如何将其创造出来。

但这并没有阻止奥地利因斯布鲁克大学Michael Renzler领导的物理学家团队对其进行探究。首先，他们注入含有氢（H₂）分子的冷液氦液滴，从而使混合物形成具有中性电荷的簇。接下来，用电子束冲击这些含有H₂的液滴，使得一些氢分子电离，并作为带负电荷的氢离子分布到周围的真空中。很快，附近的氢分子开始聚集在带负电荷的离子周围。研究人员发现，这些新形成的团簇拥有几个或多个分子。

通常情况下，粒子物理是最难以捉摸的，这些带负电荷的氢簇只存在于瞬间——微秒（1微秒= 0.000001秒），令人难以置信。但这时间也足够让该团队确定其几何结构。

正如Michael Schirber在美国物理学会中的报道，研究人员发现簇中的原子数仅为奇数，范围从n = 5到n = 129。最稳定的簇中心是带负电荷的H-离子核，周围环绕着完全由氢分子填充的壳体。

“奇数值表明了簇是几个H₂分子和单个H-离子核的组合，它们通过感生偶极子的引力结合在一起，”Schirber解释说。最常见簇的原子数为n = 25，n = 65和n = 89。

该团队称这些数字为“神秘数字”，它们表明了H₂分子对称且几乎固定的排列，例如20边的二十面体。

那么这一切为什么这么重要？ 多年来，研究人员怀疑这些大的氢簇可以在外部空间、冷的密云中或气体行星的大气中自然形成。

既然我们知道了带负电荷的氢簇并不是不可能的，并且知道了它们最常见和稳定的形式，因而现在更容易识别它们。

在研究人员质疑暗物质（假设暗物质占可观察到的宇宙的27％）是否存在的时候，在解密我们周围空间最小的组成部分的时候，我们需要所能获得的所有帮助。

原文链接：Physicists have created a new form of hydrogen。

文献链接：Anionic Hydrogen Cluster Ions as a New Form of Condensed Hydrogen。

本文由编辑部丁菲菲提供素材，王冰编译，点我加入材料人编辑部。

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