类氢原子系统的能级可以非常精确地计算出来。从量子力学的解决方案出发，这些理论经过多年改进，包括电子自旋、相对论和量子场效应，以及与原子核复杂结构相关的微小能量转移。

在由负子和原子核组成的类氢体系中，这些由核结构引起的能量转移被极大地放大，因此可以利用这些子离子的光谱学对核结构进行高精度的研究。

研究人员通过对介子氦4离子的两个2S-2P跃迁的测量，精确地确定了α粒子的均方根电荷半径为1.67824（83）毫米。原子光谱的测定结果与电子散射的测定值非常一致，但精度提高了4.8倍，为少核子理论、晶格量子色动力学和电子散射提供了一个基准。

这一共识也限制了一些为揭示质子半径之谜而提出的超标准模型理论，与最近对质子电荷半径的测定一致，并建立了光子学原子和离子光谱学作为研究核特性的精确工具。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03183-1

金刚石斜坡压缩到2万亿帕亚稳定性

碳是宇宙中第四普遍的元素，是所有已知生命的基本元素。在单质形式中，它以多种同素异形体存在，包括石墨、钻石和富勒烯。很久以来，人们就预测，在比地心压力更大的条件下，可能存在更多结构。

有几个阶段已经被预测存在于多超纬度体系中，这对于精确模拟富含碳的系外行星的内部非常重要。通过将固体碳压缩到2万亿帕，使用斜坡形状的激光脉冲，同时测量纳秒时间分辨的X射线衍射，研究人员发现固体碳保留了远远超出其预测的稳定状态的金刚石结构。

研究结果证实了金刚石中四面体分子轨道键的强度在巨大的压力下仍然存在，从而导致了巨大的能量障碍，阻碍了向更稳定的高压同素体的转化，正如亚稳金刚石在大气压力下的动力学阻碍了石墨的形成。这项工作几乎使在任何材料上记录X射线衍射的最高压力增加了1倍。

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https://doi.org/10.1038/s41586-020-03140-4

赤道中大西洋洋脊下薄地幔过渡带

上、下地幔物质传递的位置和程度是地球热、化学演化的关键。研究人员利用来自赤道中大西洋脊的海底地震数据，利用揭示主震波到次震波转换的接收函数来成像约束地幔转换带的不连续面研究图像显示，深度约660公里的地震不连续点在宽约600公里的带状区域上被广泛地抬升了10±4公里，而410公里的不连续点被降低了5±4公里。

从全球地震层析图可以看出，这种地幔转换带的变薄与地幔中剪切波速度变慢是一致的。此外，在中大西洋洋脊之下的地幔转换带中，地震速度平均要慢于那些在老大西洋海底之下的地震速度。观测结果表明，物质从低地幔转移到上地幔——连续或间断的——与中大西洋洋脊相连。

考虑到洋中脊系统的长度和寿命，这意味着整个地幔对流可能比以前认为的更普遍，脊上升流在平衡板块下降流中起着作用。

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https://doi.org/10.1038/s41586-020-03139-x

（冯维维编译）