斥资百万买钻,只为见氢一面

斥资百万买钻,只为见氢一面

他选钻石有三个标准:低荧光、低应力、少缺陷。

12年来,他花了两百多万元科研经费,悉心挑选了280多颗钻石。但没有一颗戴在身上、没有一颗送给太太,而是全部献给了一项固体氢的研究。

他叫吉诚,是北京高压科学研究中心的一名研究员。最新一期《自然》里,刊载了一项由他领衔的重大突破:人类用X射线纳米探针首次“看见”固体氢的复杂晶体结构。这是目前世界上固体氢的最精细结构。

等待这一刻,吉诚用了12年。如今,陪伴他一次又一次失败的金刚石编着号、贴着标签,躺在一个个小盒子里。它们有的破碎,有的满是伤痕,或许不再尖锐、不再那么闪耀,价值也所剩无几,但它在吉诚心里仍重千斤——这是时间授予他的勋章。

北京高压科学研究中心的实验室里,已完成实验并破碎的金刚石样品被编上号、贴上标签,保存起来。受访者供图

“刚发的那篇《自然》,实验用掉了80多颗碎钻。上一篇《自然》用掉了200多颗碎钻。这种样品,很费钱,我们用起来很珍惜。”吉诚说。

北京高压科学研究中心的实验室里,已完成实验并破碎的金刚石样品被编上号、贴上标签,保存起来。受访者供图

研究固体氢,岂止费钻石,还费脑费心费神。氢是宇宙中最古老最丰富的元素,也是元素周期表第一号元素,但它依然有许多人类未解之谜。

高压物理学家、中科院外籍院士毛河光说,1935年,当诺贝尔物理学奖得主维格纳等人提出“氢能被金属化”时,人们还以为那是“天方夜谭”。好在90年来,随着研究深入,科学家离金属氢越来越近了。

如果说金属氢是“圣杯”,那么高压下固体氢结构就好比“圣杯”的杯座。

看见固体氢的晶体结构,目前用金刚石施压是唯一办法。将两颗超锋利的金刚石尖对尖放置,挤压放在中间的氢分子。当加压到数百GPa,用极亮的X光穿透金刚石照射在高压氢上,好比给固体氢“拍照片”,得以窥见氢原子如何排列。

这项研究使用了瑞典MAX IV(最新一代同步辐射光源)的NanoMAX线站提供的纳米聚焦X射线,图为射线聚焦装置、样品台、光子计数探测器。受访者供图

听上去简单,但给氢加压不是按一下按钮,压力就升上去了。这是一场与头发丝较劲、与氢捉迷藏的战斗。

吉诚最怕听到的声音,是清脆的一声“啪”响。这意味着,金刚石又爆炸了。“金刚石锋利的尖只有头发丝直径的四分之一。有时一加压,氢气还没变成固体,就已经跑掉。还有的氢气虽没跑掉,但钻进了金刚石里,金刚石又会碎掉。”

“捕获固体氢的12年,改变了我的性格、磨炼了我的心性。一个成果就是,我的孩子出生之后不停哭闹,都没让我有太多波澜。”屡败屡战10多年后,吉诚已几乎能接纳一切。

瑞典MAX IV(最新一代同步辐射光源)NanoMAX线站的数据采集及分析操作台。受访者供图

研究氢,是勇敢者的游戏。这意味着与无尽的失败为伴。吉诚说,他特别敬佩的法国一个国家实验室的研究团队,1996年发表了一篇震惊学界的论文之后,仍坚持冲击氢晶体结构研究数十年,再难有成果问世。“可正因氢够难,所以值得。”从选择研究氢结构的那一刻,吉诚就做好了10年颗粒无收的准备。

吉诚觉得,人有两种活法。一种是来到世上,把许多东西摸个遍,还有一种是扎进一个领域,把一个简单纯粹的东西穿透。“我适合后者。因为我不聪明,只有一根筋,但我经得住失败。”

氢,改变了吉诚的世界观。“这个世界是有规律的,又是混沌的。但这并不矛盾,甚至是一体的阴和阳。”

向太太求婚时,对于“要不要买钻石”这事,吉诚陷入了沉思。人们买钻石,是因为不碎的钻石象征着爱的永恒。可他的实验室里,有太多碎掉的钻石。于是他反思:到底什么是永恒?

终于有一天,他的答案脱口而出:“宇宙大爆炸的那一刻,氢就存在了。氢可能就是一种永恒。”(记者张漫子)

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