الجليد "الفائق" فائق الحرارة هو حالة جديدة من المادة.
يمكن للجليد أن يفسر المجالات المغناطيسية الغامضة التي تنتمي إلى العوالم الجليدية.
قام العلماء للتو بضغط قطرة ماء بين ماستين و انتقدوها إلى درجات حرارة تشبه النجوم باستخدام أحد أقوى أشعة الليزر في العالم.
وكانت النتيجة مرحلة جديدة وغامضة من الماء.
ويسمى الجليد الفائق الأيونية، والمياه "الغريبة والسوداء" موجودة تحت نفس الضغوط ودرجات الحرارة.
مثل تلك الموجودة في مركز الأرض - وهي حقيقة يمكن أن تساعد الباحثين قريبا في التحقيق في الأسرار المدفونة داخل قلب عوالم أخرى.
في السابق، استخدم الباحثون موجات الصدمة لإنشاء هذا الجليد الغريب لمدة 20 نانو ثانية فقط قبل أن يذوب.
هذه التجربة الجديدة هي المرة الأولى التي يخلق فيها العلماء جليدا فائق الأيونية مستقرا يستمر لفترة كافية للدراسة بالتفصيل.
نشر الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في 14 أكتوبر في مجلة فيزياء الطبيعة.
وقال فيتالي براكابينكا، الباحث في الدراسة، وهو عالم جيوفيزيائي في جامعة شيكاغو وعالم خط الحزم في مصدر الفوتون المتقدم في مختبر أرغون الوطني.
في بيان: "لقد كانت مفاجأة - اعتقد الجميع أن هذه المرحلة لن تظهر حتى تكون في ضغوط أعلى بكثير مما نجده لأول مرة.
السائل والبخار والجليد هي المراحل الأكثر شيوعا في الماء، ولكن جزيئات الماء يمكن أن تستقر أيضا في ترتيبات أخرى تمثل مراحل مختلفة.
في الواقع، حدد العلماء 20 مرحلة من الجليد المائي - الطرق المختلفة التي يمكن أن تتكدس بها ذرات الهيدروجين والأوكسجين تحت درجات حرارة وضغوط متفاوتة.
على سبيل المثال، يحتوي الجليد السادس والجليد السابع على جزيئات ترتب نفسها في مناشير مستطيلة أو مكعبات، على التوالي.
الجليد الحادي عشر تقلب الجانبين إذا تم وضعها داخل حقل كهربائي، والجليد التاسع عشر هشة وفقط ذرات الهيدروجين لها تشكل نمطا منتظما.
الجليد الفائق الحرارة والضغط للغاية هو المرحلة الثامنة عشرة من الجليد التي سيتم اكتشافها ، وهي واحدة من أغرب حتى الآن.
وذلك لأن ذرات الأكسجين في مكانها كما لو كانت في صلبة، ولكن ذرات الهيدروجين، بعد التخلي عن الإلكترونات.
تصبح أيونات - نواة ذرية جردت من الإلكترونات، وبالتالي مشحونة إيجابيا - التي هي حرة في التدفق من خلال الجليد كما لو كانت سائلا.
وقال براكابينكا " تخيلوا مكعبا ، وشبكا به ذرات اكسجين فى الزوايا المتصلة بالهيدروجين ".
"عندما تتحول إلى هذه المرحلة الجديدة الفائقة، تتوسع الشبكة، مما يسمح لذرات الهيدروجين بالهجرة بينما تبقى ذرات الأكسجين ثابتة في مواقعها.
انها نوع من مثل شعرية الأكسجين الصلبة يجلس في محيط من ذرات الهيدروجين العائمة.
تمنع ذرات الهيدروجين السباحة هذه الضوء من المرور عبر الجليد بطريقة يمكن التنبؤ بها ، مما يعطيها مظهرها الأسود.
وكانت مجموعة بقيادة أستاذ الكيمياء في جامعة ساساري بيير فرانكو ديمونتس قد رجحت لأول مرة وجود الجليد الفائق الأيونية في عام 1988.
ووجد الباحثون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا أول دليل على ذلك في عام 2018، وفقا لما ذكرته لايف ساينس في وقت سابق.
من خلال تفجير قطرة الماء بموجة صدمة الضغط العالي الناتجة عن الليزر، حقق الباحثون درجات الحرارة والضغوط المطلوبة لظهور الجليد فوق الأيوني للحظات.
حتى أنهم قاموا بقياس الموصلية الكهربائية للجليد ولمحوا هيكله في بضع ثوان نانوية (مليار ثانية) قبل ذوبان الجليد الفائق.
ولأخذ قياسات أكثر تفصيلا، احتاج براكابينكا وزملاؤه إلى إنشاء الجليد في شكل أكثر استقرارا.
لذا ضغطوا قطرة الماء على سندان ألماس عيار 0.2 قيراط وانتقدوه بالليزر.
وسمحت صلابة الماس للسندان بالضغط على القطرة إلى 3.5 مليون مرة من الضغط الجوي للأرض، وسخنتها الليزر إلى درجات حرارة أكثر سخونة من سطح الشمس.
ثم، مع جهاز تسريع الإلكترون يسمى السنكروترون، أطلق الفريق أشعة سينية على القطيرات.
ومن خلال قياس شدة وزوايا الأشعة السينية التي تناثرت بواسطة الذرات داخل الجليد، حدد الباحثون بنية الجليد الفائق الأيونية.
أعطت هذه الطريقة الباحثين إطارا زمنيا أطول - في نطاق ميكروثانية (مليون ثانية) - لمراقبة الجليد الخاص بهم مقارنة بتجربة موجة الصدمة.
هذا الوقت الإضافي يعني أنها يمكن أن ترسم بدقة التحولات مرحلة مختلفة من قطرة الماء لأنها تحولت إلى الجليد الفائق.
ويمكن لمزيد من الدراسة أن تساعد العلماء على فهم خصائص الجليد بشكل أفضل وخريطة الظروف التي تحدث فيها مراحل جليدية مختلفة في الطبيعة.
ولأن أيونات الهيدروجين العائمة الحرة يمكن أن تخلق مجالا مغناطيسيا، يتساءل الباحثون عما إذا كانت الجليدات فوق الأيونية مدفونة في قلب كواكب مثل نبتون وأورانوس.
أو محاصرة داخل البحار المتجمدة لقمر المشتري يوروبا، الذي يحتوي على قشرة جليدية.
إذا كان الأمر كذلك، يمكن أن تلعب الجليد دورا رئيسيا في تحريض الغلاف المغناطيسي التي تحيط بهذه العوالم، أو العوالم الغريبة خارج نظامنا الشمسي.
وبما أن الغلاف المغنطيسي مسؤول بدوره عن حماية الكواكب من الإشعاع الشمسي الضار والأشعة الكونية.
فإن معرفة كيف وأين يمكن أن تصبح أشكال الجليد الفائقة الأيونية دليلا مفيدا للغاية للعلماء الذين يبحثون عن الحياة الغريبة.
في الوقت الراهن، هناك العديد من الخصائص الأخرى للجليد الجديد لاستكشافه.
بما في ذلك الموصلية واللزوجة والاستقرار الكيميائي - معلومات حاسمة للتنبؤ أين يمكن أن يتشكل الجليد الغريب في أماكن أخرى.
وقال براكابينكا " انها حالة جديدة من المادة ، ومن ثم فإنها تعمل أساسا كمواد جديدة ، وقد تختلف عما كنا نعتقده ".
تعليقات
إرسال تعليق