شلیک یک قطره آب توسط یکی از قدرتمندترین لیزرهای جهان شاید راهی واضح برای ساختن یک مکعب یخ نباشد. اما این یک راه است، حداقل اگر می خواهید یخی را در اعماق غول های سیاره ای پیدا کنید.
یک مطالعه جدید توسط محققان دانشگاه شیکاگو و مؤسسه کارنگی واشنگتن در ایالات متحده اخیراً یک قطره آب را در یک دستگیره الماس نگه داشته و فشار را افزایش داده و آن را با لیزر پخته تا نحوه یخ زدن آن را به یک "سوپریونیک"( حالت فوق العاده که آب در فشار و دمای بالا وجود دارد) بیاموزند.
از نظر تئوری، یخ فوق یونی آرایش مولکول‌های آب به‌عنوان شبکه‌ای از اتم‌های اکسیژن است که توسط حوضچه‌ای از هیدروژن‌های بی‌قرار احاطه شده‌اند که فقط ثابت نمی‌مانند. از نظر فنی یخ است، اما مانند یک مایع و یک جامد در یک مجموعه.
همچنین این نوع یخی است که نه در دماهای پایین، بلکه در فشارهای شدید تشکیل می شود. به سطح فشاری فکر کنید که به طور طبیعی در اعماق، اعماق زیر زمین یا بهتر است در نزدیکی هسته سیارات عظیمی مانند نپتون شکل می گیرد. در حالی که مدل‌ها برخی از شرایطی را پیش‌بینی می‌کنند که در آن این فاز آب باید ظاهر شود، اما در مورد دماهای دقیق کمی مبهم هستند.
در قلب مشکل، سوالی درباره چیزی به نام نقطه سه گانه وجود دارد - ترکیب فشار و دمایی که در آن یک ماده در آستانه ذوب، انجماد و تصعید قرار دارد.
برای پیچیده تر کردن آن، نوع ساختار جامدی که آب می تواند در آن ته نشین شود نیز می تواند متفاوت باشد. یخ بسته به ترتیبات و حرکات عناصر تشکیل دهنده آن به اشکال مختلفی وجود دارد.
آزمایش‌ها می‌توانند به تعیین مسیر تغییرات مشخصه بین حالت‌های مایع و سوپریونیک کمک کنند، اما تاکنون به دست آوردن مجموعه‌ای از نتایج قابل‌اعتماد یک چالش واقعی بوده است، مشاهدات تحت روش‌های مختلف صدها درجه مخالف بودند.
معمولاً یک نمونه آب باید تحت فشار حداقل 50 گیگا پاسکال قرار گیرد - نیم میلیون برابر نیرویی که در حال حاضر در اتمسفر زمین تجربه می کنید - و سپس با یک لیزر پرقدرت حرارت داده شود تا نزدیک به دیدن هر چیزی مهم باشد.
بنابراین هنگامی که تیمی از فیزیکدانان در منبع فوتون پیشرفته وزارت انرژی تصمیم گرفتند آب را در داخل یک الماس با سرعت نسبتاً ملایم 20 گیگا پاسکال فشار دهند، انتظار زیادی نداشتند.
ویتالی پراکاپنکا، ژئوفیزیکدان از دانشگاه شیکاگو، می‌گوید: «این یک تعجب بود – همه فکر می‌کردند این مرحله تا زمانی که فشار بسیار بالاتری نسبت به جایی که ما برای اولین بار آن را پیدا کردیم قرار نگیرید، ظاهر نمی‌شود.
اما ما به لطف چندین ابزار قدرتمند توانستیم ویژگی‌های این یخ جدید را که فاز جدیدی از ماده را تشکیل می‌دهد، به دقت ترسیم کنیم.
با قرار دادن نمونه یخ فوق یونی خود، تیم توانست از شتاب دهنده APS برای تولید پرتوی از اشعه ایکس استفاده کند. وقتی از نمونه یخ پراکنده می شود، این اشعه ایکس موقعیت اتم های آن را نشان می دهد.
این امر به آنها اجازه داد تا زمانی که آب با تغییر شرایط دچار تغییر فاز می‌شود را اندازه‌گیری کنند و مراحلی را که برای تبدیل شدن به یخ فوق‌یونیک انجام می‌شود، توصیف کنند.
آنها توانستند فشار را در سندان الماسی خود کاهش دهند و آن را تا 6500 درجه کلوین گرم کنند و به آنها اجازه داد تا ثبات دو فاز یخ را در دماهای بالا از 20 تا 150 گیگا پاسکال ترسیم کنند.
به دلیل نحوه حرکت هیدروژن ها در داخل یخ های عجیب و غریب، نور مرئی به سختی از آن عبور می کند و ظاهر آن را سیاه می کند.
این وزوز اتم‌های هیدروژن که از طریق شبکه اکسیژن جریان می‌یابند، می‌تواند بر میدان الکترومغناطیسی اطراف نیز تأثیر بگذارد و شاید حتی در شکل‌گیری مگنتوسفر(ناحیه اطراف زمین یا جسم نجومی دیگری که میدان مغناطیسی آن میدان مغناطیسی مؤثر غالب است) محافظ خود سیاره نقش داشته باشد.
ما تازه شروع کرده ایم به یادگیری اینکه چگونه حرکات اقیانوس های سیاره ما و شیمی گوشته آن تأثیر ظریفی بر مغناطیس جهان ما دارد. آموختن اینکه چگونه یخ های عجیب و غریب نیز تلنگر می کنند می تواند به ما کمک کند مدل های خود را بیشتر تغییر دهیم.
این که این ممکن است برای جهان های بیگانه یا حتی سیاره خودمان به چه معنا باشد، به تحقیقات بسیار بیشتری نیاز دارد.
پراکاپنکا می گوید: «این حالت جدیدی از ماده است، بنابراین اساساً به عنوان یک ماده جدید عمل می کند و ممکن است با آنچه ما فکر می کردیم متفاوت باشد.
منبع : www.sciencealert.com
