Οι φυσικοί του UNLV πρωτοστάτησαν σε μια νέα τεχνική θέρμανσης με λέιζερ σε μια κυψέλη άκμονα διαμαντιού (φωτογραφία εδώ) ως μέρος της ανακάλυψης μιας νέας μορφής πάγου. Πραγματοποίηση: Chris Higgins
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν επιπτώσεις στην κατανόησή μας για τους μακρινούς, πλούσιους σε νερό πλανήτες.
Οι ερευνητές του NLV ανακάλυψαν μια νέα μορφή πάγου, επαναπροσδιορίζοντας τις ιδιότητες του νερού σε υψηλή πίεση.
Το στερεό νερό, ή ο πάγος, είναι όπως πολλές άλλες ουσίες στο ότι μπορεί να σχηματίσει διαφορετικά στερεά με βάση τις μεταβαλλόμενες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, όπως ο σχηματισμός άνθρακα ή γραφίτη διαμαντιού. Ωστόσο, το νερό είναι εξαιρετικό από αυτή την άποψη, καθώς υπάρχουν τουλάχιστον 20 στερεές μορφές πάγου γνωστές σε εμάς.
Μια ομάδα επιστημόνων που εργάζεται στο εργαστήριο ακραίων συνθηκών του UNLV στη Νεβάδα επινόησε μια νέα μέθοδο για τη μέτρηση των ιδιοτήτων του νερού υπό υψηλή πίεση. Το δείγμα νερού συμπιέστηκε αρχικά μεταξύ των αντίθετων άκρων των διαμαντιών – καταψύχθηκε σε αρκετούς μικτούς κρυστάλλους πάγου. Στη συνέχεια, ο πάγος υποβλήθηκε σε μια τεχνική θέρμανσης με λέιζερ που τον έκανε να λιώσει προσωρινά πριν ξανασχηματιστεί γρήγορα σε ένα σύμπλεγμα μικροσκοπικών κρυστάλλων που μοιάζει με σκόνη.
Αυξάνοντας σταδιακά την πίεση και ανατινάζοντάς την περιοδικά με δέσμη λέιζερ, η ομάδα παρατήρησε ότι ο πάγος του νερού μεταβαίνει από τη γνωστή κυβική φάση, Ice-VII, στη πρόσφατα ανακαλυφθείσα ενδιάμεση και τεταρτοταγή φάση, Ice-VIIt, πριν καθιζάνει. σε ένα άλλο γνωστό στάδιο, το Ice-X.
Zach Grande, Ph.D. στο UNLV. Ο Taleb, ο οποίος οδήγησε την εργασία που έδειξε επίσης ότι η μετάβαση στο Ice-X, όταν το νερό σκληραίνει, συμβαίνει σε πολύ χαμηλότερες πιέσεις από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Αν και είναι απίθανο να βρούμε αυτή τη νέα φάση πάγου οπουδήποτε στη Γη, είναι πιθανό να είναι ένα κοινό συστατικό στον μανδύα της Γης καθώς και σε μεγάλα φεγγάρια και πλούσιους σε νερό πλανήτες εκτός του ηλιακού μας συστήματος.
Τα αποτελέσματα της ομάδας αναφέρθηκαν στο τεύχος του περιοδικού στις 17 Μαρτίου 2022 φυσική αναθεώρηση β.
Πάρε μακριά
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται για να κατανοήσει τη συμπεριφορά του νερού υψηλής πίεσης που μπορεί να υπάρχει στο εσωτερικό μακρινών πλανητών.
Για να γίνει αυτό, ο Grandi και ένας φυσικός στο UNLV Ashkan Lammat τοποθέτησαν ένα δείγμα νερού ανάμεσα στις άκρες δύο διαμαντιών με στρογγυλή κοπή, γνωστά ως κύτταρα άκμονα διαμαντιού, ένα τυπικό χαρακτηριστικό στον τομέα της φυσικής υψηλής πίεσης. Η εφαρμογή λίγης δύναμης στο διαμάντι επέτρεψε στους ερευνητές να αναδημιουργήσουν πιέσεις τόσο υψηλές όσο αυτές στο κέντρο της Γης.
Με τη συμπίεση ενός δείγματος νερού μεταξύ αυτών των διαμαντιών, οι επιστήμονες οδήγησαν τα άτομα οξυγόνου και υδρογόνου σε μια ποικιλία διαφορετικών διατάξεων, συμπεριλαμβανομένης της διάταξης που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, Ice-VIIt.
Όχι μόνο η πρώτη στο είδος της τεχνική θέρμανσης με λέιζερ επέτρεψε στους επιστήμονες να παρατηρήσουν μια νέα φάση πάγου νερού, αλλά η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι η μετάβαση στο Ice-X συνέβη σε πιέσεις σχεδόν τρεις φορές χαμηλότερες από ό,τι πιστεύαμε μέχρι σήμερα – στις 300.000 ατμόσφαιρες αντί για 1 εκατομμύριο. Αυτή η μετάβαση έχει αποτελέσει αντικείμενο πολλών συζητήσεων στην κοινωνία για αρκετές δεκαετίες.
«Το έργο του Ζακ έδειξε ότι αυτή η μετάβαση στην ιοντική κατάσταση συμβαίνει σε πολύ χαμηλότερες πιέσεις από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως», είπε ο Salamat. «Είναι το κομμάτι που λείπει και οι πιο ακριβείς μετρήσεις στο νερό υπό αυτές τις συνθήκες».
Ο Salamat πρόσθεσε ότι το έργο επαναβαθμονομεί επίσης την κατανόησή μας για το σχηματισμό εξωπλανητών. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι η φάση του πάγου Ice-VIIt θα μπορούσε να υπάρχει σε αφθονία στον φλοιό και τον ανώτερο μανδύα προβαλλόμενων πλανητών πλούσιων σε νερό έξω από το ηλιακό μας σύστημα, πράγμα που σημαίνει ότι θα μπορούσαν να έχουν κατοικήσιμες συνθήκες.
Παραπομπή: «Μεταβάσεις συμμετρίας που οδηγούνται από την πίεση σε πυκνό Η2O ice» των Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang και Jesse S. 17 Μαρτίου 2022 Διαθέσιμο εδώ φυσική αναθεώρηση β.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109
Οι συνεργάτες του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Livermore χρησιμοποίησαν έναν μεγάλο υπερυπολογιστή για να προσομοιώσουν τις αναδιατάξεις των δεσμών — προβλέποντας ότι οι μεταβάσεις φάσης θα πρέπει να συμβαίνουν ακριβώς εκεί που μετρήθηκαν με πειράματα.
Επιπρόσθετοι συνεργάτες περιλαμβάνουν τους φυσικούς του UNLV Jason Stephen και John Boasfert, τον ορυκτολόγο του UNLV Oliver Chuner και επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Argonne και το Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.