ضغط العلماء على قطرة بين ماستين وفجروها إلى درجة حرارة تشبه النجوم بأحد أقوى أجهزة الليزر في العالم. والنتيجة هي مرحلة جديدة وغامضة من الماء.
يقع ما يسمى بالجليد فوق الأيوني تحت نفس الضغط ودرجة الحرارة مثل مركز الماء “الغريب الأسود”. الارض – حقيقة أنه يمكن أن يساعد الباحثين بسرعة على استكشاف الأسرار المخبأة داخل مراكز العوالم الأخرى.
في السابق ، استخدم الباحثون موجات الصدمة لإنشاء هذا الجليد الغريب في 20 نانوثانية فقط. هذه التجربة الجديدة هي المرة الأولى التي يصنع فيها العلماء جليدًا فائق التأين مستقرًا ، والذي سيستغرق وقتًا طويلاً للدراسة بالتفصيل. نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في عدد 14 أكتوبر من المجلة الفيزياء الطبيعية.
متعلق ب: معرض ندفة الثلج: الاثنان ليسا نفس الشيء بالطبع
قال فيتالي براكابينكا ، عالم جيوفيزيائي في جامعة شيكاغو وعالم متقدم في Beamline: “إنها مفاجأة – اعتقد الجميع أن هذه المرحلة لن تظهر حتى تتعرض لضغط أكبر مما اكتشفناه لأول مرة”. مصدر الفوتون في مختبر أرجون الوطني ، قال في بيان.
السائل والبخار والجليد هي أكثر مراحل الماء شيوعًا ، لكن جزيئات الماء يمكن أن تستقر أيضًا في ترتيبات أخرى تمثل مراحل مختلفة. في الواقع ، حدد العلماء 20 مرحلة من جليد الماء – طرق مختلفة للترابط هيدروجين و الأكسجين الذرات يمكن تكديسها تحت درجات حرارة وضغوط مختلفة.
على سبيل المثال ، يحتوي Ice VI و Ice VII على جزيئات تشكل نفسها في مناشير مستطيلة أو مكعبات ، على التوالي. يقوم Ice XI بتدوير الصفحات عند وضعه في مجال كهربائي ، ويكون الجليد XIX هشًا ولا تشكل سوى ذرات الهيدروجين شكلًا منتظمًا. ذكرت Live Science سابقًا.
الجليد الفائق السخونة وعالي الضغط هو المرحلة الثامنة عشر من الجليد ، وهو أكثر غرابة. هذا لأن ذرات الأكسجين محبوسة كما هي في مادة صلبة ، لكن ذرات الهيدروجين ، بعد إفراز إلكتروناتها ، تتحول إلى أيونات – ذرة تزيل الذرات إلكتروناتها وبالتالي تكون موجبة الشحنة – تتدفق بحرية عبر الجليد مثل السائل.
قال براكابينكا: “تخيل مكعبًا به ذرات أكسجين في زوايا مرتبطة بالهيدروجين”. “بينما تتكشف هذه المرحلة الأسرع من الصوت ، يتمدد اللاتيه ، مما يسمح لذرات الهيدروجين بالانتقال بينما تظل ذرات الهيدروجين مستقرة في مواقعها. إنه يشبه لاتيه الأكسجين الصلب من ذرات الهيدروجين العائمة الموجودة في المحيط.”
يمنع هذا السباح ذرات الهيدروجين من المرور عبر الجليد بطريقة يمكن التنبؤ بها ، مما يعطيها مظهرًا أسود.
وضع الفريق ، بقيادة أستاذ الكيمياء في جامعة سفاري بيرفرانكو ديمينتيس ، أول نظرية عن وجود الجليد الفائق في عام 1988 ، وفي عام 2018 اكتشف باحثون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا أول دليل على ذلك. ذكرت Live Science سابقًا. من خلال تفجير القطرة بموجة صدمة عالية الضغط ناتجة عن الليزر ، حقق الباحثون درجة الحرارة والضغط اللازمين للجليد فائق الأيونات – وقاسوا التوصيل الكهربائي للجليد ولاحظوا هيكله في بضع نانوثانية (جزء من مليار جزء من المليار). ). ثانية) قبل أن يذوب الجليد الفائق الأيونية.
لأخذ قياسات أكثر تفصيلاً ، كان على براكابينكا وزملاؤه إنشاء جليد في شكل أكثر استقرارًا. لذا قاموا بضغط قطرتهم بسندان ألماسي عيار 0.2 قيراط وفجروها بالليزر. سمحت صلابة الماس للسندان بضغط القطرة إلى 3.5 مليون مرة ضعف الأرض. الضغط الجوي وقام الليزر بتسخينه إلى درجة حرارة أدفأ من سطح الشمس. بعد ذلك ، باستخدام جهاز لتسريع الإلكترون يسمى السنكروترون ، حقن الفريق أشعة سينية في القطرة. من خلال قياس شدة وزوايا الأشعة السينية المبعثرة بواسطة الذرات داخل الجليد ، حدد الباحثون بنية الجليد الفائق الأيونية.
أعطت هذه الطريقة الباحثين وقتًا أطول في نطاق ميكروثانية (جزء من مليون من الثانية) لمراقبة الجليد بدلاً من تجارب الموجات الاهتزازية. مع هذا الوقت الإضافي ، كان من الممكن سرد التغييرات الطورية المختلفة للقطيرة بدقة ، والتي أصبحت جليدًا فائق الأيونية.
ستساعد الدراسة الإضافية العلماء على فهم خصائص الجليد بشكل أفضل ورسم خريطة للظروف التي تحدث فيها أطوار الجليد المختلفة في الطبيعة. نظرًا لأن أيونات الهيدروجين العائمة يمكن أن تشكل مجالًا مغناطيسيًا ، يتساءل الباحثون عما إذا كان الجليد الفائق الأيونية مدفونًا في مراكز الكواكب مثل نبتون وأورانوس ، أو ما إذا كان قمر المشتري ، بقشرته الجليدية ، محاصرًا داخل المحيطات المتجمدة في أوروبا. إذا كان الأمر كذلك ، فقد تلعب الأنهار الجليدية دورًا رئيسيًا الحث المجالات المغناطيسية حول هذه العوالم أو عوالم خارج كوكب الأرض خارج نظامنا الشمسي. نظرًا لأن المغناطيس مسؤول عن حماية الكواكب من الإشعاع الشمسي الضار والأشعة الكونية ، يحتاج العلماء الذين يبحثون عن كائنات خارج كوكب الأرض إلى معرفة كيف وأين يمكن أن تصبح أنماط الجليد الفائق الأيونية دليلًا مفيدًا للغاية.
في الوقت الحالي ، لا يزال يتعين استكشاف عدد من الخصائص ، بما في ذلك التوصيل واللزوجة والاستقرار الكيميائي للجليد الجديد – وهي معلومات مهمة للتنبؤ بالمكان الذي قد تتشكل فيه الأنهار الجليدية المختلفة في مكان آخر.
قال براجابينجا: “هذه هي حالة الشيء الجديد ، لذا فهو يعمل بشكل أساسي ككائن جديد ، وقد يكون مختلفًا عما كنا نظن”.
نُشر لأول مرة في Live Science.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”