物理學家首次成功地在單個分子中直接檢測出氫鍵——這意味著那些理論化的方法如今可以被應用於觀察宇宙中最小且含量最豐富的元素了。此實驗也證明了我們的成像設備已經可以達到極高的靈敏度，因為氫鍵遠比其他化學鍵要弱得多。
在過去，要直接看到氫鍵是不可能的，而現在，科學家使用原子力顯微鏡就能清晰地觀察氫鍵，他們還能準確地測量出氫鍵的力值。
在科學家想要進一步揭秘的眾多元素中，氫元素可以說是位列第一：它構成了宇宙中75%的可見物質和原子總量的90%；它能輕鬆地和元素周期表上幾乎所有非金屬元素組成化合物，它和氧、碳的結合正是人類存在的關鍵因素；你還應該感謝氫鍵為你帶來穩定的DNA雙螺旋結構——有了這千千萬萬的氫鍵，你的DNA鹼基對才會保持完整，這說明了氫的確是人類生命的基石之一。
然而，以純度最高的方式研究氫鍵將面臨兩大挑戰：氫小得像原子一樣；氫鍵脆弱易斷，尤其是在研究單分子的過程中。
巴塞爾大學的瑞士納米科學研究所的研究人員表示氫原子具有重大的物理和化學價值；但在眾多分析研究後，人們還是無法直接在單分子中直接觀察氫原子。
螺槳烷這種氫化合物帶有類似螺旋槳的結構，利用這種特殊的化合物，該瑞士團隊成功測量了一個氧原子和兩個氫原子之間的力和距離。
「我們的計算確認了定向結合的信號和氫鍵的特性。直接測量單個氫原子和其他物質的相互作用能夠為三維分子（如DNA和高分子聚合物）的識別鋪平道路。」研究人員說。
他們是怎麼做到的呢？
他們挑選了碳氫化合物，這種化合物總是有兩個氫鍵向上指。
你可以看到螺旋槳形狀的側視圖，白色部分是氫原子（第二個向上指的氫鍵被擋在第一個氫鍵之後）：
圖片來源：Shigeki Kawai et. al/Science Advances
接下來，團隊把該分子放在原子力顯微鏡下，原子力顯微鏡是一種高解析度的掃描探針顯微鏡，它能用於觀察和測量極小的力值。
他們用一氧化碳增大顯微鏡的尖端，從而使顯微鏡對氫極為敏感。當顯微鏡的尖端和氫原子的距離足夠小，團隊人員就可以直接觀測到形成的氫鍵。
在這個圖像中，你可以看到兩個氫原子向上指：
螺槳烷（下方）和一氧化碳顯微鏡針尖（上方）之間形成了氫鍵。
圖片來源：巴塞爾大學，物理系
在上面的插圖中，你可以看到上方的一氧化碳尖端和下方的碳氫化合物「螺槳烷」共同形成氫鍵。
經對比，研究人員發現他們的成果能準確地匹配已有的該類分子的氫鍵計算模型。
正如研究人員說的，碳氫化合物是工程、化學和生命的核心領域中極為多樣和功能化的產物之一，而氫在這些功能中極為關鍵。既然我們能直接測量氫鍵，我們很快就能用全新的眼光見證宇宙中最基本的構建元素之一了。新的物理水平要把我們帶到什麼地方呢？真是讓人迫不及待啊！