Выбор фона:
/ Новости сайта / Наука и Технологии / Физики впервые создали суперионный лёд
09.02.2018

Физики впервые создали суперионный лёд

Оценка: 5.0    1236 0 Наука и Технологии
08:29
Американский учёный, лауреат Нобелевской премии по физике 1946 года Перси Бриджмен, изучая поведение материй под высоким давлением, обнаружил пять различных кристаллических форм водяного льда. 

Дальнейшие работы в этой области дали ещё более любопытные результаты: в 1988 году физики теоретически предсказали существование суперионной формы воды (superionic water).

В такое состояние она переходит при нагревании до нескольких тысяч градусов и под воздействием высокого давления (подобные условия царят на планетах-гигантах – Нептуне и Уране). Отличительная черта этой экзотической формы – наличие "подобных жидкости" ионов водорода, движущихся внутри "твёрдой" решётки кислорода.

Почти 30 лет суперионная вода существовала лишь в теории – в научных трудах и мечтах исследователей. И вот теперь команда из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса и других американских научных центров доказала на практике, что такая форма воды действительно существует.

Используя метод ударного сжатия, который позволяет создать давление в несколько миллионов атмосфер, специалисты выяснили, что получить интересующее их состояние воды можно при термодинамической температуре около 5000 Кельвинов (чуть меньше, чем на поверхности Солнца) и при давлении в 200 гигапаскалей.

Чтобы исследовать вещество, находящееся при заданных температуре и давлении, учёные использовали ячейки с алмазными наковальнями. Они работали с кубической модификацией льда под названием лёд VII – вода превратилась в такую форму при комнатной температуре и давлении 2,5 гигапаскаля.

Затем настало время ударного сжатия: для этого на лёд VII воздействовали лазерным излучением. Шесть мощных лучей лазера Omega-60 из Лаборатории лазерной энергетики Университета Рочестера обеспечили наносекундный импульс ультрафиолетового излучения. Лазеры ударили не по льду, а по одному из алмазов, между которыми он был зажат. Это привело к образованию мощных ударных волн: давление на образец выросло до нескольких сотен гигапаскалей. При этом лёд продолжали нагревать.
 

Команда использовала сложные методы измерения (интерферометрическую сверхбыструю велосиметрию и пирометрию), чтобы охарактеризовать оптические свойства суперионной воды и определить её термодинамические свойства в течение короткого эксперимента (у учёных было 10-20 наносекунд).

Ведущий автор исследования физик Мариус Мийо (Marius Millot) отмечает, что ради этих наносекунд его команда потратила два года на проведение измерений и ещё два на разработку методов анализа данных. Впрочем, значимость исследования сложно переоценить.

Во-первых, у учёных теперь есть важные данные о поведении молекул в экстремальных условиях. Как ожидается, в будущем подобные эксперименты позволят изучать специфические свойства материалов и, как следствие, манипулировать ими в интересах человечества.

Во-вторых, эта работа раскрывает новые перспективы перед астрофизиками, ведь, как уже упоминалось, Уран и Нептун, вероятно, имеют огромное количество экзотического водяного льда.

Планетологи убеждены, что эти планеты-гиганты состоят в основном из смеси углерода, водорода, кислорода и азота, а 65% их массы составляет вода, смешанная с аммиаком и метаном. Но, возможно, всё не совсем так и под тонким слоем жидкости находится мантия из суперионного льда. Зная больше о его свойствах и о внутренней структуре планет в принципе, специалисты смогут скорректировать цели для будущих миссий.

Авторы добавляют, что следующим шагом в их работе будет определение структуры кислородной решётки, в которую заключены ионы водорода. Также команда планирует использовать свои новые методы для исследования других форм материй и элементов, например, гелия, которым изобилуют Сатурн и Юпитер.

Больше подробностей об удивительном эксперименте можно узнать из статьи, опубликованной в издании Nature Physics.

 

Поделитесь в социальных сетях

Комментарии 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Похожие материалы

Разговоры у камина
Календарь
Последние комментарии
Биолог перечислила скрытые в вечной мерзлоте России опасности
Сам человек. Каждому при рождении дается Божественный Дар в виде Веры, служащей своеобразным "к (от maikl2m)
Биолог перечислила скрытые в вечной мерзлоте России опасности
А кто им эту искажённую, обманную веру, в их безмозглые мозги втюхивает?
Кому угодны человече (от Nebilung)

Первый в мире космический лифт на Марс запустят в 2035 году
Можно. Однако не стоит размениваться по "мелочам", а сразу замутить какой нибудь "суп (от maikl2m)
Реки вместо улиц и масштабные оползни: на юг Бразилии обрушились небывалые ливни
Какая "неожиданность"... Вырубили вековую сельву, засеяли освободившуюся территорию сахарн (от maikl2m)