备受争议的“ice X”创作过程

我们冰箱里的冰通常只有一种形态，即水分子呈六边形排列——这就是为什么雪花总是有六个尖角。但自然界中存在多达 20 种不同的冰，具体取决于周围的压力和温度。例如，一种名为冰 VII 的冰被发现藏在从地幔中清除出来的钻石中。科学家们还推测，在冰行星的深处，一种被称为冰 X 的神秘相渗透着。

在实验室中创造这些奇异的相态是一项艰巨的任务，但过去几十年来，世界各地的科学家一直不遗余力地努力。内华达大学拉斯维加斯分校的一个研究小组据称观察到了一种新发现的相态，称为冰VIIt，以及难以捉摸的冰X。冰X因其水分子之间的独特键而脱颖而出。科学家说，冰X是在30万倍大气压下形成的——对我们来说这是极高的压力，但对于这种不寻常的冰的存在来说却是创纪录的低点。

“我们非常兴奋和惊讶，”主要作者兼物理学家扎卡里·格兰德说。“很多人都不相信。”自第一次探测以来，该团队花了三年时间证实他们的结果。研究人员上周在《物理评论 B》杂志上发表了他们的研究成果。

然而，其他专家对结果是否真的指向冰X表示怀疑。

芝加哥伊利诺伊大学的物理化学家 Russell Hemley 在一封电子邮件中写道：“这项研究证实了之前关于冰 VII 在压力下发生异常转变的报道。”他没有参与这项研究。不过，他认为需要更多的证据来用新研究证实冰 X 的形成。

一个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。每个水分子都与相邻分子有很强的吸引力。这种分子间吸引力可以以多种方式将水粒子隔开，并影响每个氢原子在两个氧原子之间的位置。原子的这种构型决定了冰的相。

恰如其名的冰 X 可以说是所有相态中最极端的。它是唯一一种在整个晶格中每个氢原子都恰好位于两个氧原子中间的相态。在冰的其他相态中，例如冰 VII 和冰 VIIt，氢原子会随机地靠近其侧面的一个氧原子。

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确定 X 冰的出现位置就像在薄冰上行走一样困难。其特征是氢原子相对于氧原子的位置。但氢原子是元素周期表中最轻的原子，几乎是看不见的。大多数实验技术都是通过探测水的氢氧键来推断氢原子的位置，而不是直接观察氢原子。

Grande 及其同事声称，他们已经在迄今为止最低的压力下制造出了冰 X，并从氧原子的振动推断出它的存在。研究人员将冰压碎在两颗钻石之间，并用激光定期加热固体，这种方法被他们称为“烹饪和观察”。激光融化了杂乱的晶体，使冰重新结晶成不同的原子结构。

在 5 千兆帕斯卡（相当于大气压的 50,000 倍）的压力下，研究小组发现了一种新的中间相，他们称之为冰 VIIt，其中原子的排列与冰 VII 不同。将冰 VIIt 进一步压缩至 30 千兆帕斯卡，其结构再次发生改变。通过测量氢原子和氧原子的振动能量，研究人员推断冰 X 也加入了这一行列。他们还注意到氢氧键变硬了，这是冰 X 的另一个可能特征。

卡内基科学研究所的物理学家亚历山大·贡恰洛夫（Alexander Goncharov）没有参与这项研究，他不同意研究人员捏造了冰X的说法。他说，他过去也做过类似的测量，但没有在这些较低压力下找到冰X存在的证据。此前，他的团队证明，只有在约60千兆帕斯卡的压力下，冰X才会出现。

冈察洛夫补充说，振动能量数据并不是冰X的确凿证据，而且容易被误解。相反，他说，冰X最“无懈可击的证据”是X射线或中子衍射测量，它们可以揭示固体的晶体结构。然而，这些方法很难执行，可能需要科学家对冰本身进行改动，才能使氢原子可观测。

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冈察洛夫说，发现冰X的新说法屡见不鲜，但这些说法也令人生疑。他说，自20世纪80年代首次发现冰X以来，迄今为止，没有任何一项研究（包括他自己的研究）能够无可辩驳地证明发现了冰X。

但该领域没有人怀疑冰X的存在。“当然存在，”冈察洛夫说。“物理模型非常清晰，事实不言而喻。”他将冰X理论与阿尔伯特·爱因斯坦的相对论预言进行了比较——当时其他科学家相信这些预言，但直到几年后，新一代科学家才进行了实验，证实了他的假设。就像那些为爱因斯坦关于黑洞、引力波和时空的想法找到证据的天体物理学家一样，未来的冰X实验者需要说服其他同行并证明理论的正确性。