实验重现了宇宙最早的化学反应

之后的第一次化学反应大爆炸首次在与婴儿宇宙类似的条件下被重新创造。

由德国马克斯·普朗克核物理研究所 （MPIK） 的弗洛里安·格鲁西 （Florian Grussie） 领导的物理学家团队再现了氢化氦离子 （HeH⁺），一种由中性氦原子与电离氢原子融合而成的分子。

这些是导致分子氢（H₂);宇宙中最丰富的分子，也是恒星诞生的物质。因此，这项新工作阐明了产生我们今天所知的宇宙的一些最早过程。

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大约 138 亿年前，宇宙诞生的阵痛产生了一团热而浓密的基本粒子汤，这些粒子在太高的温度下沸腾，原子无法形成。

大约花了38万年使原子核和电子失去足够的能量来凝结成最初的元素。这些元素是元素周期表所能提供的最轻的;大约 75% 的氢气、25% 的氦气和微量的锂。

如今，氢气继续在宇宙的成分列表中占据主导地位，作为分子气体云，通过聚变或剧烈爆炸，诞生了恒星熔炉，较重的元素从中诞生。

然而，如果没有 HeH，这一切都不可能发生⁺– 科学家认为，这种分子在充分冷却宇宙方面发挥了巨大作用，使分子云能够收缩到足以达到在自身引力下坍缩形成婴儿恒星种子所需的密度。

那是因为呵呵⁺其正电荷和负电荷之间的间隔相对较大。在电场存在的情况下，具有大电荷分离的分子会经历能量转移帮助散热，这意味着 HeH⁺理论上在为第一批恒星的形成铺平道路方面发挥了关键作用。

研究人员在马克斯·普朗克研究所的低温储存环进行了实验，该设施旨在在温度仅高于几度的真空环境中进行实验绝对零度，大约 -267 摄氏度（-449 华氏度），模仿深空的条件。

在那里，他们仔细研究了 HeH 之间的相互作用⁺以及一个氢原子，其原子核中有一个额外的中子，称为氘。HeH 之间的相互作用⁺氘产生一个中性氦原子和一个由一个中性氢原子和一个带电氘原子组成的分子（HD⁺），能量水平低于原始组件。

在存储环内，研究人员发射了两束粒子;一个与 HeH⁺分子，另一个与中性氘。他们改变了两束光束的速度，以改变粒子碰撞的能量，作为温度的代表，看看温度是否在反应速率中发挥作用。

事实并非如此。无论代理温度如何，反应发生的速率都保持稳定——表明 HeH 的作用⁺在早期宇宙中发挥的作用并没有随着冷却的展开而下降，它在第一代恒星形成中的作用是重要的。

“以前的理论预测反应概率在低温下会显着降低，但我们无法在实验或同事的新理论计算中验证这一点，”MPIK 的物理学家 Holger Kreckel 解释道.

“HeH 的反应⁺因此，中性氢和氘对于早期宇宙的化学似乎比之前假设的要重要得多。

该研究已发表在天文学与天体物理学.

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