如何评价科学家「又」发现金属氢？ 第1页

如何评价当然要请老冤家来评价啦，外人只是看一看发现实验结果好漂亮啊和预计的符合得真好，内行才懂得这个领域有多少弯弯绕绕。好久没刷arxiv了，看到1907.03198这篇文章简直笑死。

The paper is much ado about nothing.
They fail to acknowledge that MH has already been made at a pressure of 495 GPa, and categorize this with claims that have been established as controversial [6,7], evidently to “muddy” the waters.

语气极度不友善，建议禁言@arxiv小管家。

至于具体怎么评价我就简单说说，大概就是你看到的我们早就看到类似的现象了，不要总想搞个大新闻，我们的495GPa才是真的金属氢，你压强标的不对etc。然后很好心地帮忙找了一下可能存在的问题，比如你样品有杂质，你光学方法测的有问题【样品有杂质or不均匀这种指责在凝聚态物理里真的是虾仁猪心】。

看完之后感想就是还是能撕逼撕起来的领域有意思啊，虽然平时没人关注但也经常能吃到瓜，不像某些领域大家一团和气甚至互相默契得很，导致总是有一些突破下限的文章出现（逃ε=ε=ε=┏(゜ロ゜;)┛

从实验的角度来看，这篇arXiv paper堪称完美。data干净也很直接支持结论，instrumentation也做得非常非常漂亮。

所以说要看到别人看不到的现象，就要付出比别人多很多的功夫去改进实验的条件，这是实验科学工作者时刻不能忘的准则。另一方面说，harvard组坚持这么多年做这么难的实验，发表了第一篇（最接近）可靠的结果，虽然被人质疑来质疑去，但一个有趣有价值的想法不该被当下不完美的实验条件所限制，在通向完美的路上每一步都很inspiring。

总之看来高压下氢的金属相变得到了进一步的实验验证。Good job.

早上爬起来看了arxiv的文章班门弄斧一下自己的想法。

先说结论，我的理解是这个工作更好的“重复”了之前的实验。

首先没觉得是打脸啊...哈佛组（说实话我没明白为什么大家这么喜欢带上学校名字，工作不是研究组的事吗...但为了简化我也沿用这个说法了）之前的pub的确是有些过度claim结果了，大部分人都还是持观望态度的，但是既然看到了可能的迹象我觉得发出来是没问题的。不管是不是可靠，至少给其他组心里一个底，有了重复这个结果的心理预期。

说说数据。作为外行来看，新的工作的改进之处在于对高压区压力的标定，这主要是来自红外的数据。随着压力的升高可以看到红外区的透射率有一个显著的下降，文章将之归为金属氢的形成和bandgap的关闭。回头看哈佛组的工作，他们在文章里很明白的说明了：

“ For fear of diamond failure due to laser illumination and possible heating of the black sample, we only measured the Raman active phonon at the very highest pressure of the experiment (495 GPa) after the sample transformed to metallic hydrogen and reflectance measurements had been made. ”

所以说压力标定很粗糙，“金属氢”下只有反射率数据和照片。但是也无可厚非，在从0到1的时候，先把压力加上去才是第一要务，不能因为为了追求实验的完美就卡住进程。既然有别的组实现了更好的结果，难道不是应该更应该说明第一次的结果可能是对的吗？我觉得拿样品挂了说事的都不知道高压实验多难（好的我也不知道（但真正做实验的谁没挂过样品））。在怀疑红外可能炸diamond的情况下就说明到这个高压已经很勉强了，系统不稳定挂了是挺正常的事吧。

加点私货。去年参观过Silvera的实验室，感觉是个沉迷科研的老教授，组里学生不多，听起来是自己下实验室每天干活的...实验室给人感觉比较旧，估计是在金属氢这个field怼了很久。当时他是有做电测量的想法，可能是有高压下加电极的解决方案了吧。我觉得最多就是太急于搞个大新闻了，应该是不会有数据造假的情况。这种“高危”方向很可能怼好多年没结果的，我觉得还是对不成熟的结果宽容一点XD。

最后抖个机灵。为啥看不起手机拍的照，这可是光学设备，说得好听一点也是可见光波段的detector，可以测可见光波段的reflectivity的（误

从arXiv的这篇文章^[1]来看，作者用自己新开发的环形金刚石对顶砧技术^[2]，获得了超过400 GPa的高压，他们发现在80 K的低温和425 GPa的压强下，氢通过一级相变转变成了金属态。不过撤掉高压后，金属氢又变回了非金属态。

文中用红外吸收谱来表征氢的金属化转变。非金属态的氢对低波数红外光应该是半透明的，透明度随着压强的增大线性降低。但加压到425 GPa左右时，氢突然变得完全不透明了，意味着氢这时候变成了禁带宽度为0的金属导体。这种通过红外吸收谱来标定氢金属化转变的手段，比起哈佛那边直接瞅一瞅有没有金属光泽的方法显然靠谱不少。

这项研究目前还只是挂在arXiv上，不算正式发表。不过文章的几个作者可都是高压物理领域金字塔顶端的大佬，早在2002年他们就把氢怼到了320GPa^[3]。连我这个外行都听过他们的大名，所以这篇文章还是有一定可信度的。看这篇arXiv论文的排版格式，估计是投到Nature那边去了。

值得一提的是，17年哈佛那篇金属氢的Science刚发出来没多久，Nature就很不客气的发了篇新闻comment了哈佛的文章^[4]，其中就引用了这篇arXiv论文第一作者 Paul Loubeyre 的话：

I don't think the paper is convincing at all
译：我信你个鬼，你们哈佛的人坏的很

Paul Loubeyre自己也写了篇comment，现在还挂在arXiv上^[5]。

再后来的事情大家也听说了，哈佛那帮人“很不巧”的把金属氢样本弄坏了，不禁给人一种毁尸灭迹的感觉。再加上这下Paul Loubeyre发文说压出了金属氢，这脸打得可不是一般的疼。

不过这毕竟不是正式文章，还得看同行评价怎么样才行，现在说这些也有点早，让子弹再飞一会吧。

Update: 上文中的arXiv文章已经在2020年1月正式发表在Nature期刊上^[6]。

参考

1. ^Observation of a first order phase transition to metal hydrogen near 425 GPa https://arxiv.org/abs/1906.05634
2. ^ Toroidal diamond anvil cell for detailed measurements under extreme static pressures https://www.nature.com/articles/s41467-018-05294-2.pdf?origin=ppub
3. ^Optical studies of solid hydrogen to 320 GPa and evidence for black hydrogen https://www.nature.com/articles/416613a
4. ^Physicists doubt bold report of metallic hydrogen https://www.nature.com/news/physicists-doubt-bold-report-of-metallic-hydrogen-1.21379
5. ^Comment on: Observation of the Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen https://arxiv.org/abs/1702.07192
6. ^Loubeyre, P., Occelli, F. and Dumas, P., 2020. Synchrotron infrared spectroscopic evidence of the probable transition to metal hydrogen. Nature, 577(7792), pp.631-635. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1927-3

科研毕竟不是狼来了，这一次，的确是重大的突破。

的确是大众喜闻乐见的“打脸”。

不过，这个突破，距离实际应用差之太远。

对于80K的低温来说，还好办一些。但对于425GPa的压强，那就真是无可奈何了。

我们可以看一看这么一组数据：

地壳深处的压强为1GPa左右，地幔深处的压强为150GPa，地心深处的压强为370GPa。

世界最深海沟马里亚纳海沟，深度达11040.41米，大约相当于1100个标准大气压，已经是人类征服极限，而1GPa大约是1W个大气压，压强是最深海沟的10倍左右。

425GPa的压强，是1GPa的425倍，更是远远大于370GPa。

当然固体火箭的极限压强是13 Mpa，大约也就是100多个大气压。距离425GPa压强（4000000多个大气压），是指数级的差距。不可能存在任何材料，能够在425GPa压强下，维持在人类理想的形状。

这就注定了，金属氢要么只能位于大型天体内部，或者只能存在于实验室。