Вченим вдалося сильно стиснути краплю води між двома алмазами, а потім підірвати її за допомогою одного з найпотужніших лазерів у світі. Температуру, що вивільнилася, можна було порівняти з зоряною. Результатом експерименту стала нова та загадкова фаза матерії. Ця дивна «чорна вода» отримала назву «суперіонний лід» — він існує за тих же тисків і температур, що й у центрі Землі. Це відкриття невдовзі допоможе дослідникам розкрити секрети, приховані в ядрах інших екзопланет.
Суперіонний лід вдавалося створити й раніше. Для цього використовувалися ударні хвилі. Однак утворений матеріал був вкрай нестабільним і розсипався через 20 наносекунд. Новий експеримент знаменував собою перший випадок в історії науки, коли вченим вдалося створити стабільний суперіонний лід, який тримався досить довго, щоб його можна було докладно вивчити. Дослідники опублікували свої висновки в журналі Nature Physics.
Рідина, пара та лід є найпоширенішими фазами води. Однак вченим відомо 20 фаз водяного льоду. Наприклад, у льоду фази VI та VII є молекули, які утворюють прямокутні призми або куби відповідно. Лід у фазі XI перевертається, якщо він поміщений в електричне поле, а лід XIX є крихким.
Супергарячий суперіонний лід, що перебуває під високим тиском, — це XVIII відкрита фаза льоду, одна з найдивніших на сьогодні. Його атоми кисню фіксуються у кристалічній решітці, як у твердому тілі. Але атоми водню, віддаючи свої електрони, стають іонами — атомними ядрами, що позбавлені своїх електронів і, отже, позитивно зарядженими, які можуть вільно протікати крізь кригу, наче рідина. Навіть більше, «плаваючі» атоми водню блокують проходження світла крізь лід, надаючи йому чорного забарвлення.
Як отримали суперіонний лід
Група під керівництвом професора хімії Університету Сассарі П’єрфранко Демонтіса вперше припустила, що суперіонний лід існує в 1988 році. А дослідники з Ліверморської національної лабораторії Лоуренса у Каліфорнії виявили перші докази цього в 2018 році. Новий стан льоду отримали шляхом вибуху краплі води ударною хвилею високого тиску, що генерується лазером. Проте 20 наносекунд було замало, щоб докладно вивчити лід.
Щоб провести детальніші вимірювання, геофізикам потрібно було створити матеріал у більш стабільній формі. Тому вони стиснули краплю води алмазним ковадлом вагою 0,2 карата та підірвали її лазером. Твердість алмазів дозволила ковадлу створити тиск, який у 3,5 мільйона разів перевищував атмосферний, а лазер нагрів її до температур, що перевищують температуру поверхні Сонця. Потім за допомогою синхротрона (пристрою для прискорення електронів) команда направила рентгенівські промені на краплю. Вимірюючи інтенсивність та кути рентгенівських променів, що розсіюються атомами всередині льоду, дослідники визначили його структуру.
Подальші експерименти можуть допомогти вченим краще зрозуміти властивості льоду та скласти карту умов, за яких у природі зустрічаються різні його фази. Дослідники порушують питання, чи криється суперіонний лід у ядрах крижаних гігантів, таких як Нептун і Уран, або ж у заморожених морях супутника Юпітеру Європи. Якщо це справді так, то такий лід може відігравати ключову роль в індукції магнітосфер, що оточують ці світи, або далеких екзопланет поза нашою Сонячною системою.
