138亿年前那场让时空迸发膨胀“大爆炸”后不久——当今天我们看到的星辰大海还只是一锅滚烫粒子汤时——宇宙正悄悄完成一次关键“化学启蒙”:人类终于通过实验室还原了这场改变命运级别的反应——它造出了宇宙第一个分子,并为后续恒星诞生埋下伏笔。
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“粒子汤”里的第一份“化学作业”
刚经历大爆炸时宇宙有多热?用科学家的话说像“开足火力却没有散热口”——温度高到连原子都没法稳定存在:氢和氦这两种最早出现元素只能以电离态游荡(电子没“粘”在原子核上)。直到约38万年后,宇宙冷却到约3000℃时(相当于太阳表面温度一半),电子才终于能“定居”在原子核周围——这场被称为“复合过程”事件,让宇宙第一次拥有中性原子,并开启真正意义上化学互动时代!
而这场互动里最耀眼主角正是“氦氢离子(HeH⁺)”——它由中性氦原子和带正电氢核(质子)结合而成,可以说是宇宙分子界“鼻祖”。别小看这个小个头分子!它不仅开启后续生成氢气(宇宙最丰富分子)反应链;更关键是在之后“宇宙黑暗时代”(无恒星发光时期)里扮演着重要“冷却剂”角色——当原始气体云要坍缩成恒星时需不断散热降温(类似挤气球要放气才能压扁);而HeH⁺凭借独特“偶极矩”特性(简单说像小磁铁能高效传递能量)成为低温下最佳散热选手——直接影响着初代恒星能否顺利诞生!
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在实验室造个“迷你早期宇宙”
为验证这个理论猜想有多靠谱?德国马克斯・普朗克核物理研究所团队干了件超酷事——他们在直径35米环形装置“低温储存环(CSR)”里复刻了早期宇宙环境!
具体操作像给粒子开“低温派对”:把HeH⁺离子放进仅几开尔文(约-267℃)超低温储存环里“冻着”;再用一束氘原子(带中子氢同位素)去撞它——通过调节两束粒子相对速度模拟不同温度下碰撞场景(毕竟早期宇宙温度会逐渐下降)。
结果让科学家大跌眼镜:原本以为温度越低反应越慢,但实验显示HeH⁺和氘原子碰撞反应速率几乎不随温度变化!就像冬天煮饺子不会因为水温降一点就煮得更慢——这个发现直接推翻过去认为低温会抑制这类反应主流观点!
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“鼻祖分子”藏着多少秘密?
为什么这次实验这么重要?因为它修正了过去理论计算中对反应势能面错误——就像给菜谱改了关键步骤!而HeH⁺和氢/氘原子反应效率比预想更高意味着:早期宇宙中这类分子浓度可能比之前估算更低,但它们参与化学反应频率却更高——这对理解初代恒星如何从气体云里“挤”出来至关重要!
从大爆炸后粒子汤到第一颗恒星点燃星光;从实验室里几开尔文超低温到跨越百亿年时空对话——科学家用一场“化学复课”揭开了宇宙最古老分子神秘面纱:原来我们头顶每颗星星闪耀背后;每片星云流转轨迹之中;都藏着这个小小HeH⁺曾经忙碌身影。
你还好奇哪些宇宙早期“冷知识”?
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