ابتكر علماء الفيزياء في UNLV تقنية جديدة للتسخين بالليزر في خلية سندان الماس (في الصورة هنا) كجزء من اكتشاف شكل جديد من الجليد. الائتمان: كريس هيغينز
يمكن أن يكون للنتائج آثار على فهمنا للكواكب البعيدة المليئة بالمياه.
أعاد باحثو NLV تصميم خصائص الماء عند الضغط العالي واكتشفوا شكلاً جديدًا من الجليد.
الماء الصلب ، أو الجليد ، مثل العديد من المواد الأخرى التي يمكن أن تشكل مواد صلبة مختلفة بناءً على ظروف الضغط ودرجة الحرارة المتغيرة ، مثل الماس المكون للكربون أو الجرافيت. ومع ذلك ، تعتبر المياه استثنائية في هذا الجانب لأن هناك ما لا يقل عن 20 شكلًا صلبًا معروفة لنا.
ابتكر فريق من العلماء العاملين في مختبر الظروف القاسية في نيفادا التابع لجامعة UNLV طريقة جديدة لقياس خصائص المياه تحت ضغط عالٍ. تم عصر عينة الماء أولاً بين طرفي ماسين متقابلين – تجمد في العديد من بلورات الجليد الفوضوية. تعرض الجليد لتقنية تسخين بالليزر أدت إلى صهره مؤقتًا وإعادة تشكيله بسرعة إلى كتلة تشبه المسحوق من البلورات الصغيرة.
لاحظ الفريق أنه من خلال زيادة الضغط والانفجار أحيانًا بشعاع الليزر ، تحول الجليد المائي من المرحلة الصلبة المعروفة للجليد السابع إلى المرحلة المتوسطة والرباعية المكتشفة حديثًا من الجليد VIIT. في نقطة أخرى معروفة ، Ice-X.
زاك غروند ، دكتوراه في UNLV. أظهر الطالب أيضًا أن التحول إلى Ice-X يحدث عند ضغط أقل بكثير مما كان يعتقد سابقًا ، حيث يصبح الماء شديد الصلابة.
على الرغم من أنه من غير الممكن بالنسبة لنا العثور على هذه المرحلة الجديدة من الجليد في أي مكان على سطح الأرض ، فقد تكون مكونًا شائعًا في قشرة الأرض وفي الأقمار الكبيرة والكواكب الحاملة للماء خارج نظامنا الشمسي.
تم الإبلاغ عن نتائج المجموعة في عدد 17 مارس 2022 مراجعة البدنية ب.
حمل المواد
كان فريق البحث يعمل على فهم سلوك الماء عالي الضغط الذي قد يكون على باطن الكواكب البعيدة.
للقيام بذلك ، وضع الفيزيائي جروند و UNLV أشكان سلامات عينة من الماء بين طرفي ماسين دائريين يسمى خلايا سندان الماس ، وهي ميزة قياسية في فيزياء الضغط العالي. من خلال تطبيق قدر ضئيل من القوة على الماس ، تمكن الباحثون من إعادة إحداث نفس الضغط الموجود في مركز الأرض.
عن طريق ضغط عينة الماء بين هذه الماسات ، قام العلماء بحقن ذرات الأكسجين والهيدروجين في مجموعة متنوعة من الترتيبات ، بما في ذلك الترتيب المكتشف حديثًا ، Ice-VIIT.
لم تسمح تقنية التسخين بالليزر من النوع الأول للعلماء بملاحظة مرحلة جديدة من الجليد المائي فحسب ، بل اكتشف الفريق أيضًا أن الانتقال إلى Ice-X حدث عند ضغط أقل بثلاث مرات تقريبًا مما كان يُعتقد سابقًا. 300000 الغلاف الجوي بدلاً من 1 مليون. كان هذا التغيير موضوع نقاش ساخن في المجتمع منذ عقود.
قال سلامات: “لقد أثبت عمل سوك أن هذا الانتقال إلى الحالة الأيونية يحدث عند ضغط أقل بكثير مما كان يُعتقد سابقًا”. “هذه هي القطعة المفقودة ، أدق قياسات للماء في ظل هذه الظروف.”
وأضاف سلامات أن هذا العمل يعيد النظر أيضًا في فهمنا لتكوين الكواكب الخارجية. تكهن الباحثون بأن مرحلة الجليد – VIIT من الجليد على القشرة والعباءة العلوية للكواكب الحاملة للمياه المتوقعة خارج نظامنا الشمسي قد تكون وفيرة ، مما يعني أن لديهم ظروف معيشية.
ملحوظة: “التغييرات المتناظرة المدفوعة بالضغط في الكثافة H.2O ice “بقلم Zachary M. آذار (مارس) 2022 ، مراجعة البدنية ب.
DOI: 10.1103 / PhysRevB.105.104109
استخدم المتعاونون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني حاسوبًا عملاقًا كبيرًا لمحاكاة إعادة هيكلة السندات – توقعوا أن تغيرات الطور ستحدث بالضبط حيث تم قياسها بالتجارب.
ومن بين المتعاونين الإضافيين الفيزيائيين في جامعة UNLV جيسون ستيفن وجون بوايزوارد ، وعالم المعادن في UNLV أوليفر شنر وعلماء من المختبر الوطني في أرغون وجامعة أريزونا.