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        大约 138 亿年前发生的大爆炸之后，宇宙立即被难以想象的高温度和密度所主导。 然而，仅仅几秒钟后，它就冷却到足以形成第一批元素，主要是氢和氦。 此时它们仍然完全电离，因为宇宙中的温度需要近 380,000 年的时间才下降到足以通过与自由电子复合形成中性原子的程度。 这铺平了道路用于第一次化学反应。

         现存最古老的分子是氢化氦离子 （HeH），由中性氦原子和电离氢原子核形成。 这标志着导致分子氢 （H2） 形成的链式反应的开始，氢分子是迄今为止宇宙中最常见的分子。

         重组之后是宇宙学的“黑暗时代”：尽管由于自由电子的结合，宇宙现在变得透明，但仍然没有发光物体，例如恒星。 在第一颗恒星形成之前，已经过去了几亿年。

         然而，在宇宙的早期阶段，HeH⁺ 和 H2 等简单分子对于第一批恒星的形成至关重要。 为了使原恒星的收缩气体云坍缩到可以开始核聚变的程度，必须散发热量。 这是通过激发原子和分子的碰撞发生的，然后原子和分子以光子。 然而，低于大约 10,000 摄氏度时，这个过程对占主导地位的氢原子变得无效。 进一步冷却只能通过可以通过旋转和振动释放额外能量的分子进行。 由于其明显的偶极矩，HeH⁺ 离子在这些低温下特别有效，并且长期以来一直被认为是第一颗恒星形成过程中冷却的潜在重要候选者。 因此，氦气的浓度宇宙中的氢化物离子可能会显着影响早期恒星形成的有效性。

         在此期间，与自由氢原子的碰撞是HeH⁺的主要降解途径，形成中性氦原子和H2⁺离子。 它们随后与另一个 H 原子反应形成中性 H2 分子和质子，从而形成分子氢。

         海德堡马克斯-普朗克克克物理研究所 （MPIK） 的研究人员现已成功重建这种反应是在与早期宇宙相似的条件下首次发生的。 他们研究了 HeH⁺ 与氘的反应，氘是一种氢的同位素，在原子核中与质子一起含有额外的中子。 当 HeH⁺ 与氘反应时，与中性氦原子一起形成 HD⁺ 离子而不是 H2⁺。

         该实验在海德堡 MPIK 的低温储存环 （CSR） 进行，这是一种全球独特的研究仪器类空间条件下的分子和原子反应。 为此，HeH⁺ 离子在直径为 35 米的离子存储环中，在几开尔文 （-267 °C） 下存储长达 60 秒，并与一束中性氘原子叠加。 通过调整两个粒子束的相对速度，科学家们能够研究碰撞速率如何随碰撞能量而变化，而碰撞能量与温度直接相关。

         他们发现，与之前的预测相反，该反应的进行速度不会随着温度的降低而减慢，而是几乎保持恒定。 “以前的理论预测低温下的反应概率会显着降低，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 Holger Kreckel 博士解释道。 “因此，HeH⁺ 与中性氢和氘的反应似乎对化学更为重要。比之前假设的更早的宇宙，“他继续说道。 这一观察结果与约翰·斯克里巴诺 （Yohann Scribano） 领导的一组理论物理学家的研究结果一致，他们发现了之前所有该反应计算中使用的势面计算中的错误。 使用改进的势面的新计算现在与 CSR 实验密切相关。

         由于 HeH⁺ 和氢分子（H2 或 HD）等分子的浓度起着重要的作用在第一颗恒星的形成中发挥的作用，这一结果使我们更接近解开它们形成之谜。