固體、液體、氣體……還有別的嗎?雖然我們大多數人在小學時只知道物質的三種狀態，但物理學家已經發現了幾種奇異的物質，它們可以在極端的溫度和壓力條件下存在。
現在，一個團隊已經使用一種人工智能來證實一種奇怪的新物質狀態的存在，這種狀態下鉀原子同時表現出固態和液態的特性。如果你能抽出一大塊這樣的物質，它可能看起來就像一個固體塊，但會慢慢漏出熔融的鉀，最終全部溶解。
”這就像拿著一個裝滿水的海綿,開始滴,除了海綿也是水做的,”研究合著者安德烈亞斯赫爾曼說,愛丁堡大學的凝聚態物理學家的團隊描述了工作在本週《美國國家科學院院刊》上。
鉀的異常狀態可能存在於地幔中，但這種元素通常不是以純形式存在的，通常與其他物質結合在一起。類似的模擬可以幫助研究其他礦物在這種極端環境中的行為。
像鉀這樣的金屬在微觀水平上是相當直接的。當它被塑造成一根固體棒狀時，這種元素的原子會連接成有序的行，從而很好地傳導熱量和電流。很長一段時間以來，研究人員相信他們可以很容易地預測在壓力下這些晶體結構會發生什麼變化。
但是大約15年前，科學家們發現鈉——一種與鉀性質相似的金屬——在被壓縮時產生了一些奇怪的現象。在兩萬倍於地球表面的壓力下，鈉從一個銀白色的物體變成了一種透明的物質，這種物質不導電，卻能阻止它的流動。通過用x射線探測鈉，科學家可以看到它的原子採用了複雜的晶體結構，而不是簡單的晶體結構。
鉀也受到了大量的實驗研究。當壓縮到類似的極限時，它的原子排列成一種精細的形式——5個圓柱形的管被組織成X形，在這個組合的彎道中有4條長鏈，幾乎像兩個獨立的、不纏繞的材料。
“不知何故，這些鉀原子決定分裂成兩個鬆散連接的亞晶格，”赫爾曼說。但是當科學家提高溫度時，x射線圖像顯示這四個鏈消失了，研究人員爭論到底發生了什麼。
為了找到答案，赫爾曼和他的同事們使用了一種被稱為神經網絡的人工智能機器來進行模擬，這是一種學習如何根據先前的例子來預測行為的人工智能機器。在對小群鉀原子進行訓練後，神經網絡很好地學習了量子力學，足以模擬包含成千上萬個原子的集合。
計算機模型證實，在大約20,000到40,000倍大氣壓和400到800開爾文(260到980華氏度)之間，鉀進入了所謂的鏈融化狀態，在這種狀態下，鏈溶解成液體，而剩餘的鉀晶體保持固態。
這是科學家首次證明這種狀態對任何元素都是熱力學穩定的。
在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)極端條件下研究材料的馬略•米洛(Marius Millot)表示，該團隊開發的機器學習技術可能對其他物質的行為建模有用。
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