旋涡状的高密度金属氢在木星，土星和许多太阳系外行星的内部占主导地位。建立这些巨行星的精确模型需要准确描述氢加压后向这种金属物质转化的过程 - 这是一项长期的科学挑战。
由劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家领导的一个研究小组今天在《科学》杂志上发表了一篇论文，介绍了流体氢从绝缘体到金属转变的光学测量成果，该实验解决了先前实验中存在的差异问题，建立了用于构建行星模型的计算新基准。由多机构组成的团队中，包括法国替代能源和原子能委员会（CEA），爱丁堡大学，罗切斯特大学，华盛顿卡内基研究所，加州大学伯克利分校和乔治华盛顿大学的研究人员。
几十年的研究表明，高温加上高压会逐渐将高密度的液态氢转化为导电流体。令人惊讶的是，计算机模拟表明，低于2,000开尔文（K）增加压力可以引发绝缘体到金属的突然转变。需要多少压力目前还无法确定，因为各种理论模型和数值技术实验提供了大不相同的预测。
LLNL的物理学家彼得·西利尔斯说：“我们面临的挑战是设计一个实验，可以将流体氢气样品动态地压缩到几百万个大气压，并且轻柔地操作（无强烈冲击）可以让它保持冷却，或者低于2,000开尔文，来检验哪个理论模型是对的“。因此他们进行了一系列实验，鉴别在什么样的压力-空间条件会发生金属化转化，通过实验数据来发现金属化转变的清晰特征。而他们进行的实验结果非常成功，清楚地表明哪些模型是正确的，哪些模型是错误的，哪些模型是接近的。选择正确的模型对于试图预测木星和土星内部结构的行星科学家来说非常重要"。
此外了解氢气在压力下的行为也是美国国家核安全管理局（NNSA）在惯性约束聚变方面的重要关注点。在极端温度，压力和密度方面的研究也有助于国家核安全局的库存管理计划，该计划有助于确保当前和未来的核储存安全可靠。
国家点火装置（NIF）进行了一系列五个实验，这是世界上最大和最具能量的激光器。首先研究人员将一层薄薄的低温液体氘（一种氢的重同位素）通过冷到21 K（-422华氏度）进行压缩。他们使用168个NIF激光束产生了一连串的冲击波，将氘液压缩到600 GPa（600万个大气压，几乎是地球中心压力的两倍），同时保持温度在1,000 K和2,000 K之间。
样品开始完全透明，但随着压力升高，它们变成不透明状态，然后转变成闪亮的金属，其高光学反射率是高导电性的标志。光学诊断仪器VISAR，记录了样品的反射率和反射光束的多普勒频移，以确定样品中的压力。
VISAR仪器是一种超快速光学诊断仪，它使用脉冲激光和干涉测量法来测量冲击波的速度，并描述了绝缘体到金属过渡期间流体氢的光学特性。这就像挤压空气并将其变成闪亮，轻盈的液态汞一样。
尽管在地球表面会发现奇特的物质，但金属氢是大多数巨行星和恒星内部的主要物质，根据Celliers的说法，最终结果是确定金属化发生的压力和温度，以与理论模型进行比较。这些结果是真正的实验性测试，并且特别重要，因为它们对不同种类的数值模拟进行了非常严格的测试，可用于预测高压下行星成分的特性 - 这是模拟木星和土星内部结构和进化过程必不可少的一步。现在NIF的出色性能表现和可重复性以及实验带来精确的数据质量，为研究人员带来了新的见解和验证预测。”
该研究是作为NIF的发现科学项目的一部分进行的，发现科学项目将实验时间分配给在不同领域进行突破性实验的研究人员。而这次的实验合作已获得额外的时间许可，并正在筹划新实验。展望未来，他们希望通过在保持较低温度的同时，推进更高的压力来检测氢气的新的奇异阶段。
由于氢原子只由一个电子和一个质子构成，通过施加高压使得原子之间的距离越来越近，对于凝聚态理论学家来说，这是一个很好理解氢的特性是如何被改变的实验场，高压和高温下的氢气是气体巨行星和恒星的主要成分，因此如果我们想要了解它们的来源，太阳系是如何形成和演化的，那么研究它的性质显然很重要。例如因为金属氢的流体对流产生了行星的磁场，科学家的数据将有助于解释朱诺和卡西尼号任务所收集到的惊人数据。我们自然也期待更多惊人的宇宙发现。
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