Самый большой в мире рентгеновский лазер обнаружил «невозможный» лед
Новая форма получила название лед XXI — вовсе не потому, что создан он в XXI веке, а потому, что это двадцать первая известная науке разновидность льда. Да, лед бывает разных типов, так как вода способна замерзать множеством различных способов благодаря уникальной структуре своих молекул. Два атома водорода в молекуле воды могут образовывать разнообразные кристаллические узоры при замерзании, создавая различные формы льда, порой с совершенно удивительными свойствами.
Для создания льда XXI исследователи использовали устройство под названием алмазная наковальня, которое использует исключительную твердость алмазов для создания колоссального давления. Молекулы воды сжимались настолько плотно, что образовали твердую структуру даже при обычной комнатной температуре — около 22 .
«С помощью уникальных рентгеновских импульсов европейского лазера на свободных электронах мы обнаружили множественные пути кристаллизации в воде, которая быстро сжималась и разжималась более тысячи раз с использованием динамической алмазной наковальни», — рассказывает Геун Ву Ли, специалист Корейского института стандартов и науки.
Для наблюдения за процессом ученые использовали самый большой в мире рентгеновский лазер — европейский лазер на свободных электронах. Он сканировал образец каждую миллионную долю секунды, отслеживая изменения в структуре воды. Так удалось обнаружить, что при экстремальном давлении вода переходит из состояния высокой плотности в состояние сверхвысокой плотности.
Открытие может иметь важное значение для космических исследований. «Наши результаты предполагают, что может существовать большее количество высокотемпературных метастабильных фаз льда и связанных с ними путей перехода, что потенциально дает новое понимание состава ледяных лун», — объясняет Рэйчел Хасбанд, постдокторант из немецкого исследовательского центра синхротронного излучения.
Лед XXI находится в метастабильном состоянии — это означает, что он существует в шатком равновесии и может измениться при малейшем воздействии. Ранее ученые находили множество способов превращения воды в лед при низких температурах, когда молекулы движутся медленнее. Однако при высоких температурах, когда молекулы обладают большей кинетической энергией, ожидалось меньшее разнообразие форм льда, что делает новое открытие особенно удивительным.
