Các nhà vật lý của UNLV đã đi tiên phong trong kỹ thuật đốt nóng bằng laser mới trong một tế bào đe kim cương (ảnh ở đây) như một phần trong quá trình họ khám phá ra một dạng băng mới. Tín dụng: Chris Higgins
Phát hiện có thể có ý nghĩa đối với sự hiểu biết của chúng ta về các hành tinh xa xôi, giàu nước.
Các nhà nghiên cứu NLV đã phát hiện ra một dạng băng mới, xác định lại các đặc tính của nước ở áp suất cao.
Nước rắn, hay nước đá, cũng giống như nhiều chất khác ở chỗ nó có thể tạo thành các chất rắn khác nhau dựa trên sự thay đổi nhiệt độ và điều kiện áp suất, chẳng hạn như tạo thành kim cương cacbon hoặc than chì. Tuy nhiên, nước là đặc biệt trong khía cạnh này vì có ít nhất 20 dạng băng rắn mà chúng ta đã biết.
Một nhóm các nhà khoa học làm việc tại Phòng thí nghiệm Điều kiện Khắc nghiệt của UNLV ở Nevada đã phát minh ra một phương pháp mới để đo các đặc tính của nước dưới áp suất cao. Lần đầu tiên, mẫu nước được ép giữa hai đầu đối diện của kim cương – đóng băng thành một số tinh thể băng hỗn hợp. Sau đó, băng được sử dụng một kỹ thuật làm nóng bằng tia laser khiến nó tan chảy tạm thời trước khi nhanh chóng hình thành lại thành một cụm tinh thể nhỏ giống như bột.
Bằng cách tăng dần áp suất, và định kỳ cho nổ nó bằng tia laze, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy băng nước chuyển từ pha lập phương nổi tiếng, Ice-VII, sang pha trung gian và thứ tư mới được phát hiện, Ice-VIIt, trước khi lắng xuống. sang một sân khấu nổi tiếng khác, Ice-X.
Zach Grande, Tiến sĩ tại UNLV. Taleb, người đã chỉ đạo công việc cũng cho thấy rằng quá trình chuyển đổi sang Ice-X, khi nước cứng lại, xảy ra ở áp suất thấp hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây.
Mặc dù không có khả năng chúng ta sẽ tìm thấy giai đoạn mới này của băng ở bất kỳ đâu trên Trái đất, nhưng nó có khả năng là thành phần phổ biến trong lớp phủ của Trái đất cũng như trên các mặt trăng lớn và các hành tinh giàu nước bên ngoài hệ Mặt trời của chúng ta.
Kết quả của nhóm đã được báo cáo trong số ra ngày 17 tháng 3 năm 2022 của tạp chí đánh giá thể chất b.
Lấy đi
Nhóm nghiên cứu đang làm việc để tìm hiểu hành vi của nước áp suất cao có thể có trong nội thất của các hành tinh xa xôi.
Để làm được điều này, Grandi và một nhà vật lý tại UNLV Ashkan Lammat đã đặt một mẫu nước vào giữa các đầu của hai viên kim cương cắt tròn được gọi là tế bào đe kim cương, một tính năng tiêu chuẩn trong lĩnh vực vật lý áp suất cao. Việc tác động một chút lực lên viên kim cương cho phép các nhà nghiên cứu tạo ra áp suất cao như áp suất ở tâm Trái đất.
Bằng cách nén một mẫu nước giữa những viên kim cương này, các nhà khoa học đã điều khiển các nguyên tử oxy và hydro thành nhiều kiểu sắp xếp khác nhau, bao gồm cả kiểu sắp xếp mới được phát hiện, Ice-VIIt.
Không chỉ kỹ thuật đốt nóng bằng tia laser đầu tiên cho phép các nhà khoa học quan sát một giai đoạn mới của băng nước, mà nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra rằng quá trình chuyển đổi sang Ice-X xảy ra ở áp suất thấp hơn gần ba lần so với suy nghĩ trước đây – ở mức 300.000 khí quyển thay vì 1 triệu. Quá trình chuyển đổi này đã là chủ đề của nhiều cuộc tranh luận trong xã hội trong vài thập kỷ.
“Công trình nghiên cứu của Zach đã chỉ ra rằng quá trình chuyển đổi sang trạng thái ion này xảy ra ở áp suất thấp hơn nhiều so với suy nghĩ trước đây,” Salamat nói. “Đó là mảnh còn thiếu và là phép đo chính xác nhất trên mặt nước trong những điều kiện này.”
Salamat nói thêm rằng công trình này cũng hiệu chỉnh lại hiểu biết của chúng ta về sự hình thành của các hành tinh ngoài hành tinh. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng giai đoạn Ice-VIIt của băng có thể tồn tại rất nhiều trong lớp vỏ và lớp phủ trên của các hành tinh giàu nước dự kiến bên ngoài hệ mặt trời của chúng ta, có nghĩa là chúng có thể có các điều kiện sinh sống.
Tham khảo: “Chuyển đổi đối xứng điều khiển áp suất trong H dày đặc2O ice ”của Zachary M. Grande, Si Hoy Pham, Dean Smith, John H. Boisfert, Qinliang Huang và Jesse S. Ngày 17 tháng 3 năm 2022 Có sẵn tại đây đánh giá thể chất b.
DOI: 10.1103 / PhysRevB.105.104109
Các cộng tác viên tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore đã sử dụng một siêu máy tính lớn để mô phỏng sự sắp xếp lại liên kết – dự đoán rằng các chuyển pha sẽ xảy ra chính xác tại nơi chúng được đo bằng các thí nghiệm.
Các cộng tác viên khác bao gồm các nhà vật lý UNLV Jason Stephen và John Boasfert, nhà khoáng vật học UNLV Oliver Chuner, và các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne và Đại học Arizona.