UNLV fiziķi ir ieviesuši jaunu lāzera sildīšanas paņēmienu dimanta laktas šūnā (attēlā šeit), atklājot jaunu ledus veidu. Kredīts: Kriss Higinss
Rezultāti varētu ietekmēt mūsu izpratni par tālām, ar ūdeni bagātām planētām.
NLV pētnieki ir atklājuši jaunu ledus formu, no jauna definējot ūdens īpašības augstā spiedienā.
Ciets ūdens jeb ledus ir tāpat kā daudzas citas vielas, jo tas var veidot dažādas cietas vielas, pamatojoties uz mainīgām temperatūrām un spiediena apstākļiem, piemēram, veidojot dimanta oglekli vai grafītu. Tomēr ūdens šajā aspektā ir ārkārtējs, jo mums ir zināmas vismaz 20 cietas ledus formas.
Zinātnieku komanda, kas strādā UNLV Ekstrēmo apstākļu laboratorijā Nevadā, ir izstrādājusi jaunu metodi ūdens īpašību mērīšanai zem augsta spiediena. Ūdens paraugs vispirms tika izspiests starp pretējiem dimantu galiem – sasaldēts vairākos jauktos ledus kristālos. Pēc tam ledus tika pakļauts lāzera sildīšanas tehnikai, kas lika tam īslaicīgi izkusēt, pirms tas ātri pārveidojās par pulveri līdzīgu sīku kristālu kopu.
Pakāpeniski palielinot spiedienu un periodiski to izspridzinot ar lāzera staru, komanda novēroja, ka ūdens ledus pirms nosēšanās pāriet no labi zināmās kubiskās fāzes Ice-VII uz jaunatklāto starpposma un ceturkšņa fāzi Ice-VIIt. uz citu labi zināmu posmu Ice-X.
Zaks Grande, UNLV doktors. Talebs, kurš vadīja darbu, kas arī parādīja, ka pāreja uz Ice-X, kad ūdens sacietē, notiek ar daudz zemāku spiedienu, nekā tika uzskatīts iepriekš.
Lai gan ir maz ticams, ka mēs atradīsim šo jauno ledus fāzi jebkur uz Zemes, tā, visticamāk, būs izplatīta sastāvdaļa Zemes apvalkā, kā arī uz lieliem pavadoņiem un ar ūdeni bagātām planētām ārpus mūsu Saules sistēmas.
Par komandas rezultātiem tika ziņots žurnāla 2022. gada 17. marta numurā fiziskā apskate b.
Līdzņemšanai
Pētnieku komanda ir strādājusi, lai izprastu augsta spiediena ūdens uzvedību, kas var būt tālu planētu iekšpusē.
Lai to izdarītu, Grandi un fiziķis no UNLV Ashkan Lammat ievietoja ūdens paraugu starp divu apaļi grieztu dimantu galiem, kas pazīstami kā dimanta laktas šūnas, kas ir standarta funkcija augstspiediena fizikas jomā. Pieliekot nelielu spēku dimantam, pētnieki varēja atjaunot spiedienu, kas ir tikpat augsts kā Zemes centrā.
Saspiežot ūdens paraugu starp šiem dimantiem, zinātnieki virzīja skābekļa un ūdeņraža atomus dažādos veidos, tostarp jaunatklātajā izkārtojumā Ice-VIIt.
Ne tikai pirmā šāda veida lāzera sildīšanas tehnika ļāva zinātniekiem novērot jaunu ūdens ledus fāzi, bet arī komanda atklāja, ka pāreja uz Ice-X notika pie gandrīz trīs reizes zemāka spiediena, nekā tika uzskatīts iepriekš – pie 300 000 atmosfēru 1 miljona vietā. Šī pāreja sabiedrībā ir bijusi daudzu diskusiju priekšmets jau vairākus gadu desmitus.
“Zaka darbs ir parādījis, ka šī pāreja uz jonu stāvokli notiek pie daudz zemāka spiediena, nekā tika uzskatīts iepriekš,” sacīja Salamats. “Tas ir trūkstošais gabals un visprecīzākie mērījumi uz ūdens šādos apstākļos.”
Salamats piebilda, ka darbs arī pārkalibrē mūsu izpratni par eksoplanetu veidošanos. Pētnieki izvirza hipotēzi, ka ledus-VIIt fāze varētu būt plaši sastopama ārpus mūsu Saules sistēmas prognozēto ar ūdeni bagāto planētu garozā un augšējā apvalkā, kas nozīmē, ka tām varētu būt apdzīvojami apstākļi.
Atsauce: “Spiediena vadītas simetrijas pārejas blīvā H2O ice”, autors Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang un Jesse S. 2022. gada 17. marts Pieejams šeit fiziskā apskate b.
DOI: 10.1103/ PhysRevB.105.104109
Lorensa Livermoras Nacionālās laboratorijas līdzstrādnieki izmantoja lielu superdatoru, lai modelētu saišu pārkārtošanos, paredzot, ka fāzes pārejām jānotiek tieši tur, kur tās tika mērītas ar eksperimentiem.
Papildu līdzstrādnieki ir UNLV fiziķi Džeisons Stīvens un Džons Boasferts, UNLV mineralogs Olivers Čuners un zinātnieki no Argonnas Nacionālās laboratorijas un Arizonas universitātes.
