宇宙中最轻的元素之一可以在高压下与铁结合形成氦化铁，这一令人惊讶的发现意味着我们可能误解了构成地球最深处的化学物质。
这是因为这意味着氦可能在地核中混合，而铁在地核内或地球上处于最高压力状态。事实上，根据东京大学物理学家竹泽春树领导的一个团队的说法，我们星球上密集的铁心脏可能蕴藏着大量的原始氦。
在地球上，氦有两种稳定的同位素。到目前为止，最常见的是氦-4，它的原子核包含两个质子和两个中子。
氦-4约占地球上所有元素的99.99986%。另一种稳定的同位素是氦-3，只占地球氦的0.000137%，它有两个质子和一个中子。
氦-4主要是铀和钍放射性衰变的产物，是在地球上产生的。相比之下，氦-3主要是原始的，在大爆炸后的瞬间形成，尽管一部分是氢-3或氚放射性衰变的副产品。
有趣的是，当火山爆发时，从地下深处喷出的气体中检测到少量的氦-3，这使科学家们猜测，可能有原始的氦被困在地球的地幔中，这些氦是从形成地球的太阳星云的气体和尘埃中捕获的。
竹泽春树和他的同事们的工作提出了另一种来源。
“我花了很多年研究发生在地球深处的地质和化学过程。考虑到高温度和高压力，探索这种环境某些方面的实验必须复制这些极端条件。因此，我们经常求助于激光加热的金刚石砧细胞，给样品施加这样的压力，以观察结果，”东京大学的物理学家广濑圭说，他的实验室进行了实验。
“在这种情况下，我们在大约5-55千兆帕的压力下，在1000开尔文到近3000开尔文的温度下，将铁和氦压碎在一起。这些压力大约相当于大气压力的5万到55万倍，使用的更高温度可能会熔化铱，这种材料通常用于汽车发动机火花塞，因为它具有很高的耐热性。”
之前的研究表明，氦与铁的结合量很小，很微量，大约在几份氦到一百万份铁的范围内。
在他们的实验中，竹泽春树和他的同事报告了氦与铁的比例高达3.3%。这比之前的报道高出近5000倍，研究人员将这一结果归因于他们的实验设计。
“氦在环境条件下很容易逸出；每个人都见过充气气球枯萎和下沉。因此，我们在测量时需要一种方法来避免这种情况，”广濑圭解释说。
“虽然我们在高温下进行了材料合成，但化学传感测量是在极冷或低温下进行的。这种方法防止了氦逸出，使我们能够探测到铁中的氦。”
这一发现表明，尽管氦在环境条件下是化学惰性的 —— 也就是说，它不与其他元素发生反应 —— 但当条件被推到更极端的水平时，它可以被诱导相互作用。
反过来，这可能意味着原始氦在地球形成时被吸收到地球体内，与铁结合，并在行星分化期间被隔离在地核中。这也可能意味着月球和火星的核心也捕获了原始氦。
如果是这样的话，可能还有其他的含义。地核中的原始氦可能是火山气体中同位素的来源，而不是被困在下地幔中的储层。
氦也不是唯一具有原始同位素的元素；最轻的元素氢也以原始形式存在。如果原始氦在地球形成时大量存在，那么氢也可能存在，为地球早期的水做出了贡献。
希望未来的工作能进一步研究这些可能性。
这项研究发表在《物理评论快报》上。
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