微精选

2025年9月，德国亥姆霍兹-德累斯顿-罗森多夫中心和罗斯托克大学的研究团队，在《自然》杂志上发了个大新闻，他们在实验室里第一次抓拍到了液态碳。

这东西在自然界里少得可怜，存在时间还只有纳秒级，之前好多科学家想研究都没辙。

说实话，碳这东西挺“别扭”的。

平常咱们见的碳，要么是固态的钻石、石墨，要么直接变成气态，压根不经过液态。

要让它变成液态，得极端高压，还得凑够4500摄氏度的高温，这温度是所有已知材料里最高的熔点条件。

更麻烦的是，没任何容器能扛住这种温度和压力的组合，之前的实验方法全不管用。

本来想简单说下实验流程，但后来发现这里面的时间配合太关键了，少一秒都不行。

研究团队用了两套厉害设备：一套是德国汉堡附近的欧洲X射线自由电子激光器，另一套是英国造的高功率激光器DIPOLE100-X。

DIPOLE100-X先发射高能脉冲，打在碳样品上产生压缩波，十亿分之一秒内就把固态碳变成液态了。

就在这眨眼都来不及的瞬间，欧洲XFEL的超短X射线激光正好照上去，碳原子散射X射线形成的衍射图案，就把液态碳里原子的排列方式记下来了，跟留指纹似的。

不过这实验不是做一次就行。

每次实验就几秒钟，但研究人员得重复几百次，有时候调调压力，有时候改改温度，或者让X射线脉冲晚一点发射。

把这些单次的“快照”拼起来，才做成了从固态到液态的完整“小电影”，能一帧一帧看碳原子在极端条件下的变化。

我觉得这思路特巧妙，不是硬扛极端条件，而是跟时间“抢”数据，这种灵活的实验设计，比死磕设备强度要聪明多了。

实验做完了，数据一分析，研究团队自己都有点意外。

本来大家都觉得液态碳应该是原子乱排的，结果不是，每个碳原子周围都有四个最近的原子，这结构跟固态钻石特别像。

罗斯托克大学的多米尼克・克劳斯教授说，这是第一次用实验看到液态碳的结构，证实了之前理论模拟的预测，液态碳其实是种复杂的液体，有点像水的特殊结构。

老实讲，这个发现比我预想的更有价值。

不光是看到了液态碳的样子，还把碳的真实熔点测准了。

之前不同理论算出来的熔点差得老远，导致好多相关研究没法推进。

现在有了实验数据，后续的理论模型就能校准，这对整个材料科学领域都是个好事。

而且液态碳这“类钻石结构”也说明，就算在高温高压下，碳原子还是倾向于保持一定的有序排列，这对理解碳的化学键特性挺关键的。

如此看来，这个研究可不光是基础科学层面的突破，跟实际应用也贴得很近。

自然界里的液态碳，大多在巨行星或者超级地球的深层，比如木星内部的压力和温度就刚好能让碳保持液态。

之前NASA模拟木星内部的时候，因为没有液态碳的准确数据，误差一直挺大。

现在有了这次的研究结果，模拟木星的物质分布、热传导这些事儿，就能更准一点，对研究行星磁场也有帮助。

核聚变领域也能沾上边，现在不少核聚变反应堆用的是碳基材

料，比如偏滤器，得扛住高温和粒子冲刷。

本来想的是反应堆温度不会太高，但未来功率提上去，局部温度说不定就接近4500摄氏度了，碳材料有液化的风险。

这次研究弄清楚了液态碳的形成条件和结构变化，工程师设计反应堆的时候，就能针对性地改进材料，或者优化冷却系统，这对核聚变的安全推进挺重要的。

欧洲XFEL的乌尔夫・扎斯特劳博士说，这套实验技术开创了高压下研究物质的新时代，现在有了“工具箱”，能详细研究各种奇特条件下的物质。

我觉得这话没夸张，之前还有团队想研究金属氢没成功，说不定用这套技术就能有突破。

而且研究团队说，以后会用AI优化实验流程，现在几小时才能做完的实验，将来几秒钟就行，效率提上去了，就能研究更多极端条件下的物质。

毫无疑问，这次捕获液态碳的研究，不光是技术上的突破，更像是人类跟自然极限较劲的一次胜利。

用两套激光器配合，在纳秒间抓住了最难观测的物质状态，还意外发现了它的“钻石伪装”。

从实验室里的几纳秒，到宇宙里的行星核心，再到未来的清洁能源、新材料，这个研究串起了好多领域。

我想，以后再提到碳元素，咱们不光会想到钻石和石墨，还会记得有这么一群科学家，用智慧“冻住”了那转瞬即逝的液态碳，为我们打开了理解物质世界的新窗口。