Glavni Novice Ultravroč 'superionski' led je novo agregatno stanje

Ultravroč 'superionski' led je novo agregatno stanje

Raziskovalci v Rochesterjevem laboratoriju za lasersko energetiko so v nedavni študiji uporabili isto postavitev za ustvarjanje superionskega ledu, prikazanega tukaj v tej umetniški upodobitvi. V tem primeru led ni bil stabilen.

Raziskovalci v Rochesterjevem laboratoriju za lasersko energetiko so v nedavni študiji uporabili isto postavitev za ustvarjanje superionskega ledu, prikazanega tukaj v tej umetniški upodobitvi. V tem primeru led ni bil stabilen. (Avtorstvo slike: ilustracija nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore / Millot, Coppari, Hamel, Krauss)

Znanstveniki so pravkar stisnili vodno kapljico med dva diamanta in jo z enim najmočnejših laserjev na svetu razstrelili do zvezdnih temperatur. Rezultat je bila nova in skrivnostna faza vode.

'Čudna, črna' voda, imenovana superionski led, obstaja pod enakimi pritiski in temperaturami kot tista v središču Zemlja — dejstvo, ki bi lahko kmalu pomagalo raziskovalcem pri raziskovanju skrivnosti, zakopanih v jedrih drugih svetov.

Prej so raziskovalci uporabili udarne valove za ustvarjanje tega čudnega ledu za samo 20 nanosekund, preden se je raztopil. Ta novi poskus je prvič, da so znanstveniki ustvarili stabilen superionski led, ki traja dovolj dolgo, da ga je mogoče podrobno preučiti. Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili 14. oktobra v reviji Fizika narave (odpre se v novem zavihku).

Sorodno: Galerija snežink: Seveda ni dveh enakih

'Bilo je presenečenje - vsi so mislili, da se ta faza ne bo pojavila, dokler niste pod veliko višjimi pritiski, kot smo jih prvič našli,' je soavtor študije Vitali Prakapenka, geofizik na Univerzi v Chicagu in znanstvenik na žarkovnih žarkih pri Advanced Vir fotonov v nacionalnem laboratoriju Argonne, je dejal v izjavi .

Tekočina, para in led so najpogostejše faze vode, vendar se lahko molekule vode usedejo tudi v druge razporeditve, ki predstavljajo različne faze. Pravzaprav so znanstveniki identificirali 20 faz vodnega ledu – različne načine povezovanjavodikinkisik atomi se lahko zlaga pri različnih temperaturah in pritiskih.

Na primer, led VI in led VII imata molekule, ki se razporedijo v pravokotne prizme oziroma kocke. Led XI se obrne, če ga postavimo v električno polje, led XIX pa je krhek in le njegovi atomi vodika tvorijo pravilen vzorec,Live Science je že poročal.

Superionski led pod visokim pritiskom je 18. faza ledu, ki je bila odkrita, in je ena najbolj nenavadnih doslej. To je zato, ker se njegovi atomi kisika zaklenejo na svoje mesto, kot bi se v trdni snovi, njegovi atomi vodika, potem ko oddajo svoje elektrone, postanejo ioni - atomsko jedra brez elektronov in zato pozitivno nabita – ki prosto tečejo skozi led, kot da bi bila tekočina.

'Predstavljajte si kocko, mrežo z atomi kisika na vogalih, ki jih povezuje vodik,' je dejal Prakapenka. Ko se preoblikuje v to novo superionsko fazo, se mreža razširi, kar omogoča vodikovim atomom, da migrirajo naokoli, medtem ko kisikovi atomi ostanejo stabilni na svojih položajih. Je kot nekakšna trdna kisikova mreža, ki sedi v oceanu lebdečih atomov vodika.'

Ti plavajoči atomi vodika preprečujejo, da bi svetloba prešla skozi led na predvidljiv način, zaradi česar ima ta črn videz.

Skupina pod vodstvom profesorja kemije Univerze v Sassariju Pierfranca Demontisa je leta 1988 prvič teoretizirala o obstoju superionskega ledu, raziskovalci nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore v Kaliforniji pa so prvi dokaz o tem našli leta 2018,Live Science je že poročal. Z razstreljevanjem vodne kapljice z visokotlačnim udarnim valom, ki ga ustvari laser, so raziskovalci dosegli temperature in tlake, potrebne za trenutek pojava superionskega ledu – in celo izmerili električno prevodnost ledu ter opazili njegovo strukturo v nekaj nanosekundah (milijardinkah ledu). sekundo), preden se je superionski led stopil.

Za natančnejše meritve so morali Prakapenka in njegovi kolegi ustvariti led v bolj stabilni obliki. Tako so svojo vodno kapljico stisnili z 0,2-karatnim diamantnim nakovalom in jo razstrelili z laserjem. Trdota diamantov je omogočila, da je nakovalo pritisnilo kapljico na 3,5-milijonkrat večji od Zemljinegazračni tlakin laser ga je segrel na temperature, ki so višje od površine sonca. Nato je ekipa z napravo za pospeševanje elektronov, imenovano sinhrotron, sprožila rentgenske žarke na kapljico. Z merjenjem intenzivnosti in kotov rentgenskih žarkov, ki so jih razpršili atomi v ledu, so raziskovalci identificirali strukturo superionskega ledu.

Ta metoda je raziskovalcem dala daljši časovni okvir - v območju mikrosekund (milijontin sekunde) - za opazovanje njihovega ledu, kot ga je imel eksperiment z udarnimi valovi. Ta dodatni čas je pomenil, da so lahko natančno prikazali različne fazne prehode vodne kapljice, ko se je spremenila v superionski led.

Nadaljnja študija bi lahko znanstvenikom pomagala bolje razumeti lastnosti ledu in preslikati pogoje, pod katerimi se v naravi pojavljajo različne faze ledu. Ker lahko prosto lebdeči vodikovi ioni ustvarijo magnetno polje, se raziskovalci sprašujejo, ali je superionski led zakopan v jedrih planetov, kot sta Neptun in Uran, ali ujet v zamrznjenih morjih Jupitrove lune Evropa, ki ima ledeno skorjo. Če je tako, bi lahko imel led ključno vlogo pri indukcija magnetosfer, ki obdajajo te svetove, ali tujih svetov onkraj našega sončnega sistema. Ker so magnetosfere odgovorne za zaščito planetov pred škodljivim sončnim sevanjem in kozmičnimi žarki, bi lahko vedenje, kako in kje nastaja superionski led, postalo izjemno koristen vodnik za znanstvenike, ki iščejo tuje življenje.

Za zdaj obstaja veliko več lastnosti novega ledu, ki jih je treba raziskati, vključno z njegovo prevodnostjo, viskoznostjo in kemično stabilnostjo - ključne informacije za napovedovanje, kje drugje bi lahko nastal čuden led.

'To je novo stanje snovi, tako da v bistvu deluje kot nov material in je lahko drugačen od tistega, kar smo mislili,' je dejal Prakapenka.

Zanimivi Članki