Вода снова удивила ученых. На сверхмощном XFEL в Германии они открыли новую форму льда, не тающую при комнатной температуре. Давление, равное двадцати тысячам атмосфер, заставило молекулы перестроиться в редкую симметрию — пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».
Автор Hi-Tech Mail
Ученые зафиксировали новую форму льда, которая не тает при комнатной температуре. Это открытие стало неожиданным даже для опытных физиков. Новый тип вещества, получивший название лед XXI, был обнаружен в ходе опытов на мощнейшем в мире рентгеновском лазере European XFEL и установке PETRA III в Гамбурге. Он показал, что вода может вести себя совершенно иначе при сверхвысоких давлениях, подобных тем, что царят в недрах ледяных спутников и далеких экзопланет.
Для эксперимента исследователи использовали ячейку с алмазными наковальнями — прибор, способный сжимать крошечные образцы до чудовищных значений. Вода помещалась между острыми кончиками двух алмазов и подвергалась давлению около 2 ГПа, что в 20 000 раз превышает нормальное атмосферное. Обычно при этом она кристаллизуется в лед VI, но при сверхбыстром сжатии — менее чем за 10 мс — молекулы не успели перестроиться привычным образом и образовали совершенно новую структуру. Так появилась метастабильная фаза, получившая название лед XXI.
Чтобы зафиксировать этот краткий миг, команда использовала импульсы рентгеновского лазера XFEL длительностью до 50 фс (фемтосекунд), что позволило наблюдать процесс на атомном уровне. Лазер работает как гигантская камера замедленной съемки: он создает пучки с энергией в миллиарды электрон-вольт, способные «замораживать» движения молекул во времени. Жидкая вода внезапно перестраивается в упорядоченную решетку с новой симметрией.
Дополнительные измерения на установке PETRA III подтвердили, что лед XXI имеет тетрагональную кристаллическую решетку с крупными элементарными ячейками, где атомы водорода и кислорода занимают необычные позиции. Такая структура делает материал плотнее и тверже обычного льда, но при этом он сохраняется при комнатной температуре, если давление остается высоким.
Открытие важно для планетологии и физики конденсированных сред. Понимание того, как вода ведет себя при экстремальных нагрузках, помогает моделировать процессы внутри спутников Юпитера, таких как Ганимед и Европа. Там схожие условия могут создавать похожие формы льда, влияя на движение подповерхностных океанов и теплоперенос.
Результаты показали, что знакомая всем вода способна переходить в еще большее число кристаллических фаз, чем предполагалось раньше. Каждый новый вариант раскрывает очередную грань вещества, которое остается простым по составу, но бесконечно сложным по поведению.
Ранее мы писали о том, что рентгеновские лучи помогут прогнозировать магнитные бури.
