Egy felfedezés, amely újragondolja a fizika határait, és forradalmasíthatja a bolygókutatást.
A németországi Európai XFEL tudósai ma bejelentették egy új jégforma létrehozását: a víz gyémántok közötti összenyomásával, hőmérséklet-csökkentés nélkül.
Jég XXI: a víz új fázisa extrém nyomás alatt
Egy nemzetközi kutatócsoport a Naprendszer bolygóinak és holdjainak mélyén fennálló körülményeket próbálta szimulálni. A szakemberek legfeljebb 2 gigapascal nyomást alkalmaztak, és röntgensugaras módszerekkel figyelték a kristályszerkezetet.
- A módszer nem csökkentette a víz hőmérsékletét.
- A vizet két gyémánt közé helyezték, így rendkívüli nyomást gyakorolva a molekulákra.
- Ez körülbelül 20 000-szer nagyobb nyomás elérését tette lehetővé, új molekuláris klaszterek kialakulását eredményezve.
A felfedezés folyamata
- Nyomásimpulzusok milliszekundumig tartottak, több ezer cikluson át, rövid szünetekkel.
- Ehhez az Európai XFEL röntgenlézert használták, amely rendkívül nagy sebességgel regisztrálja a képeket.
- Az átalakulás eredményeként jött létre az Ice XXI, a víz huszonegyedik kristályos módosítása.
- Az új jég tömörebb, mint a közönséges jég, és csak néhány tíz mikroszekundumig stabil, majd ismert formák, például ice VI alakul ki.
Extrém nyomás és ismeretlen fázis kialakulása
- Az XFEL kutatói gyémánt üllősejtet használtak, amely reprodukálja a jeges holdak belsejében uralkodó körülményeket (pl. Titan, Ganymede).
- A víz gyors összenyomódása lehetővé tette a XXI jég kialakulásának megfigyelését a szokásos fázisok előtt.
Geun Woo Lee (KRISS):
A XXI jég közbenső szakaszt jelent a víz nyomás alatti átalakulásában, „rejtett utat” nyitva a kristályosodás során.
- A nyomás folyékony állapotban tartja a vizet a normál kristályosodási pont felett, lehetővé téve új fázisátmenetek tanulmányozását.
Megerősítés és kristályszerkezet
- A XXI jég létezését PETRA III fotonforráson is megerősítették.
- A kristályszerkezet tetragonális, blokkonként 152 vízmolekulát tartalmaz.
- Metasztabilitása másodperc töredékére korlátozott, de így is lehetővé teszi gyors és pontos megfigyelést.
Következmények az űrkutatásban és az anyagtudományban
- Rachel Hasband (DESY HIBEF):
Az Ice XXI létezése új lehetőségeket nyit metastabil fázisok és átmeneti útvonalak tanulmányozására.
- Az új fázis segíthet megérteni a nagynyomású műholdak és bolygók belső dinamikáját.
- A kutatók jelenleg más átmeneti útvonalakat és a nyomás, összetétel és környezet hatásait vizsgálják a kristályosodásra.
Innováció és jövőbeli kutatási lehetőségek
- A nyomás alapú módszer alternatívát kínál az alacsony hőmérséklet helyett, alkalmazható a Földön és az űrben szélsőséges körülmények vizsgálatára.
- Az Ice XXI felfedezése újragondolja a jégképződés határait, és lehetővé teszi a víz szerepének vizsgálatát más bolygókon és holdakon.
- A nemzetközi kutatócsoport célja a fázisátmenetek teljes leírásának bővítése nagysebességű megfigyelési technológiák és kompressziós eszközök segítségével.
