Išgavo naują ir paslaptingą vandens fazę: itin karštas „superjoninis“ ledas egzistuoja esant tokiam pačiam slėgiui ir temperatūrai, kaip ir Žemės centre

Nauja vandens fazė

Kaip praneša „Live Science“, superjoniniu ledu vadinamas „keistas, juodas“ vanduo egzistuoja esant tokiam pačiam slėgiui ir temperatūrai, kaip ir Žemės centre – šis faktas netrukus gali padėti mokslininkams ištirti paslaptis, slypinčias kitų pasaulių branduoliuose.

Anksčiau mokslininkai, naudodami smūgines bangas, šį keistą ledą sukūrė vos 20 nanosekundžių, kol jis ištirpo. Naujasis eksperimentas – tai pirmas kartas, kai mokslininkams pavyko sukurti stabilų superjoninį ledą, kuris išlieka pakankamai ilgai, kad jį būtų galima išsamiai ištirti. Tyrėjai savo rezultatus spalio 14 d. paskelbė žurnale „Nature Physics“.

Tyrimo bendraautoriaus Vitalijaus Prakapenkos, Čikagos universiteto geofiziko ir Argonės nacionalinės laboratorijos Pažangaus fotonų šaltinio pluošto linijos mokslininko teigimu, skystis, garai ir ledas yra labiausiai paplitusios vandens fazės, tačiau vandens molekulės gali išsidėstyti ir kitaip, t. y. skirtingose fazėse.

Iš tikrųjų mokslininkai nustatė 20 vandens ledo fazių – tai skirtingi būdai, kaip surišti vandenilio ir deguonies atomai gali išsidėstyti, esant skirtingai temperatūrai ir slėgiui.

Labai karštas ir labai suslėgtas superjoninis ledas yra 18-oji atrasta ledo fazė, ir viena keisčiausių. Taip yra todėl, kad jo deguonies atomai užsilaiko savo vietose, kaip ir kietuose kūnuose, tačiau vandenilio atomai, atidavę elektronus, tampa jonais ir gali laisvai tekėti per ledą kaip skystis.

Šie plaukiojantys vandenilio atomai nuspėjamu būdu blokuoja šviesos sklidimą pro ledą, todėl jis atrodo juodas.

Sprogdino, kaitino ir slėgė

Sasario universiteto chemijos profesoriaus Pierfranco Demontis vadovaujama grupė 1988 m. pirmą kartą iškėlė teoriją apie superjoninio ledo egzistavimą, o Lawrence'o Livermore'o nacionalinės laboratorijos Kalifornijoje tyrėjai 2018 m. rado pirmuosius jo įrodymus, anksčiau pranešė „Live Science“.

Sprogdindami vandens lašelį lazeriu generuojama aukšto slėgio smūgine banga, tyrėjai pasiekė temperatūrą ir slėgį, reikalingus superjoniniam ledui akimirksniu atsirasti, ir netgi išmatavo ledo elektrinį laidumą bei žvilgtelėjo į jo struktūrą per kelias nanosekundes (milijardines sekundės dalis), kol superjoninis ledas ištirpo.

Norint atlikti išsamesnius matavimus, V.Prakapenkai ir jo kolegoms reikėjo sukurti stabilesnės formos ledą. Todėl jie suspaudė savo vandens lašelį 0,2 karato deimantiniu antgaliu ir susprogdino jį lazeriu.

Deimantų kietumas leido priekalui suslėgti lašelį iki 3,5 mln. kartų didesnio už Žemės atmosferos slėgį, o lazeris įkaitino jį iki temperatūros, aukštesnės už Saulės paviršių. Tada, naudodama elektronų greitintuvą, vadinamą sinchrotronu, komanda į lašelį paleido rentgeno spindulių pluoštus. Matuodami rentgeno spindulių, kuriuos išsklaidė ledo viduje esantys atomai, intensyvumą ir kampus, tyrėjai nustatė superjoninio ledo struktūrą.

Tolesni tyrimai galėtų padėti mokslininkams geriau suprasti ledo savybes ir sudaryti žemėlapį, kokiomis sąlygomis gamtoje susidaro skirtingos ledo fazės.