Когда лед перестает быть льдом: ученые зафиксировали форму воды, нарушающую все законы физики
Ученые обнаружили неизвестную разновидность льда, получившую порядковый номер XXI. Открытие, описанное в журнале Nature Materials, подтверждает невероятную сложность поведения, казалось бы, простого соединения H₂O в твердом состоянии.
Эксперименты проводились международной группой исследователей на базе двух мощнейших научных установок в Германии: рентгеновского лазера European XFEL и синхротронного источника PETRA III.
Главной особенностью новой формы называют метастабильность. Это значит, что лед XXI способен сохранять свою уникальную структуру некоторое время даже в тех условиях, где термодинамически устойчивой была бы другая форма.
Как объясняют исследователи, стремительное сжатие воды помогает миновать привычную кристаллизацию в лед VI и перейти в нестабильное состояние. Лед VI, образующийся в недрах ледяных спутников планет-гигантов, таких как Титан, представляет отдельный интерес для науки. Его деформированная решетка становится переходным звеном для формирования других метастабильных фаз.
Для создания экстремальных условий, необходимых для образования льда XXI, ученые использовали алмазные наковальни. Вода сжималась до давления, в 20 тысяч раз превышающего атмосферное. Этот процесс занимал считанные миллисекунды, а для фиксации мгновенных структурных изменений образец просвечивали сверхинтенсивными рентгеновскими импульсами, что позволило получить, по сути, высокоскоростную съемку кристаллизации.
Было установлено, что кристаллическая решетка нового льда является тетрагональной и состоит из крупных повторяющихся элементов. Ученые провели более тысячи циклов сжатия и разжатия, чтобы детально изучить процесс. По их словам, это открытие указывает на вероятность существования ряда еще не известных метастабильных фаз, что в корне меняет представление о составе и свойствах льда в глубинах космоса.
Полезно знать
Лазер European XFEL – высокоточная техника, которая создает частицы и манипулирует ими на умопомрачительных скоростях, работает без непосредственного участия человека. Нужно только задать конкретные параметры для той или иной задачи.
