科学家首次在实验室中通过结合高性能强激光与欧洲XFEL X射线激光，成功研究了液态碳。该实验捕捉到碳在压缩和熔化过程中转瞬即逝的纳秒级快照，揭示了类金刚石结构的惊人发现，并精确缩小了其真实熔点的测定范围。
液态碳存在于行星内部等环境，在核聚变等未来技术中扮演重要角色。然而迄今为止，人们对液态碳的认知极为有限，因为在实验室条件下几乎无法研究这种物态：常压下碳不会熔化而是直接气化。只有在约4500摄氏度（所有材料中最高的熔点）的超高温度和极端压力下，碳才会液化，这种条件远超任何容器的承受极限。
激光压缩技术能在毫秒级时间内将固态碳转化为液态。真正的挑战在于如何利用这转瞬即逝的瞬间进行测量。如今，位于汉堡附近申内费尔德的欧洲XFEL——全球最大的超短脉冲X射线激光装置，以前所未有的方式实现了这一目标。
独一无二的组合测量技术
欧洲XFEL与DIPOLE100-X高能激光器的独特组合是实验成功的关键。这套由英国科技设施委员会研发的设备，通过HIBEF用户联盟（极端场强亥姆霍兹国际束线）向全球科学家开放。在HED-HIBEF（高能量密度）实验站，国际顶尖研究机构首次将强激光压缩、超快X射线分析与大面积X射线探测器相结合。
实验中，DIPOLE100-X激光器的高能脉冲在固态碳样品中产生压缩波，使材料在十亿分之一秒内液化。欧洲XFEL的超短X射线激光在这纳秒级窗口对样品进行照射。碳原子会使X射线发生散射，其原理类似于光栅衍射。通过分析衍射图案，可以推断液态碳中原子的实时排列方式。
整个实验仅持续数秒，但会进行多次重复：每次采用略有延迟的X射线脉冲，或在稍异的压力温度条件下进行。大量快照最终组合成动态影像，使研究人员能逐步追踪从固态到液态的相变过程。
水状结构与精确熔点的测定
测量显示液态碳中每个原子与四个最近邻原子键合，其系统性与固态金刚石相似。"这是人类首次通过实验观测液态碳结构。我们的实验验证了复杂模拟对液态碳的预测，这种特殊液态具有类似水的复杂形态和独特结构特性，"罗斯托克大学兼HZDR研究所的碳工作组负责人Dominik Kraus教授解释道。
研究团队还精确锁定了熔点参数。此前关于结构与熔点的理论预测存在显著分歧，而精确数据对行星建模和某些核聚变发电概念至关重要。
正如HED团队负责人Ulf Zastrau博士强调的，欧洲XFEL的首个DIPOLE实验标志着高压物质测量新纪元的开启："我们现在拥有能在极端条件下对物质进行超精细表征的工具箱。"该实验的潜力远未耗尽，随着自动控制与数据处理系统的提速，未来数小时才能获取的结果有望在几秒内完成。