Bugün öğrendim ki: Bilim insanlarının aynı anda hem katı hem de sıvı olarak var olan "süperiyonik buz" adı verilen yeni bir buz türü yarattığı
Su aynı anda katı ve sıvı olabilir mi?
Rochester Üniversitesi bilim insanlarının yeni araştırmasına göre evet. Rochester araştırmacıları, Kaliforniya'daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki meslektaşlarıyla birlikte, Rochester'daki Lazer Enerjetikleri Laboratuvarı'ndaki (LLE) lazerleri kullanarak suyu egzotik bir su buz fazına anında dondurdular. X-ışını kırınımı kullanarak, ilk kez buz kristallerinin atomik yapısını tespit ettiler ve kaydettiler. Nature dergisinde yayımlanan araştırmaları, galaksimizdeki dev gezegenlerin iç yapıları hakkında daha fazla bilgi sağlayabilir.
"Uranüs ve Neptün gibi buzlu devler kütlesinin yaklaşık üçte ikisi sudan oluşuyor," dedi projede çalışan, mekanik mühendisliği ve fizik asistan profesörü ve LLE'de kıdemli bilim insanı olan Ryan Rygg. "Bu egzotik su fazının deneysel olarak doğrulanması, gezegen bilimcilerinin bu gezegenlerin iç yapılarını yeniden değerlendirmelerine yol açacağını bekliyorum."
1998'de bilim insanları, suyun Uranüs ve Neptün gibi gezegenlerde bulunan koşullara benzer aşırı basınç ve sıcaklık altında egzotik bir duruma geçeceğini öngörmüştü. 2018'de Rochester ve Livermore ekibi, katı kristal kafes içinde oksijen atomlarından ve sıvı benzeri hidrojenden oluştuğu için aynı anda katı ve sıvı olan, süper iyonik buz olarak bilinen bu egzotik su durumunun ilk deneysel kanıtlarını sundu. Ancak ekip, buzun sıcaklığı ve enerjisi gibi yalnızca genel özelliklerini gözlemleyebildi.
Şimdi, lazerle oluşturulan şok dalgaları ve X-ışını kırınımı kullanarak araştırmacılar, süper iyonik buz fazında suyun mikroskobik kristal yapısının görüntülerini kaydetmenin yanı sıra, birkaç milyarlık saniyede hem süper iyonik buzu oluşturdular.
"Süper iyonik suyun atomik yapısını belirlemek istedik," diye belirtti Livermore'daki bir fizikçi olan Federica Coppari. "Ancak bu kadim madde durumunun stabil olması öngörülen aşırı koşullar göz önüne alındığında, suyu bu kadar basınca ve sıcaklığa sıkıştırmak ve aynı anda atomik yapının fotoğraflarını çekmek son derece zor bir işti, bu da yenilikçi bir deneysel tasarım gerektiriyordu."
Suyu süper iyonik buz fazına anında dondurmak için araştırmacılar, sıvı suyun ince bir tabakasını aşırı basınçlara (Dünya atmosferinin basıncının bir ila dört milyon katına) ve 3.000 ila 5.000 derece Fahrenheit arasında aşırı sıcaklıklara sıkıştırmak için altı dev lazer ışını kullandılar. Su aşırı basınç altında iken, aşırı sıcaklık altında bile süper iyonik su buz fazına donmaktaydı. Araştırmacılar suya daha fazla basınç uyguladıkça, ortaya çıkan buzun birçok farklı kristal yapısı olabilir. Bilim insanları farklı buz türlerine buz I, buz II ve buz XVII şeklinde adlandırıyorlar. Yeni süper iyonik buza "buz XVIII" adını önerdiler.
X ışınlarını sıkıştırılmış su örneğini tam olarak aydınlatacak şekilde zamanlayarak, araştırmacılar atom düzeyinde oluşan yoğun buz kristallerini gözlemleyebildiler.
Süper iyonik buz Dünya'da doğal olarak bulunmasa da, laboratuvarda yeniden oluşturulması ve atomik yapısının daha iyi anlaşılması, Uranüs ve Neptün gibi su bakımından zengin gezegenler ve galaksimizdeki diğer buzlu devler hakkında araştırmacılara daha fazla bilgi sağlayacaktır.