Фізики відкрили нову форму води, яка не повинна існувати

Міжнародна команда науковців уперше зафіксувала нову форму льоду, що може існувати за кімнатної температури під екстремальним тиском. Дослідження, проведене за участі фахівців з Європейського XFEL, DESY та Корейського інституту стандартів і науки (KRISS), відкрило фазу льоду, яку дослідники назвали льодом XXI. Результати опубліковано в журналі Nature Mate­ri­als.

Нововідкрита структура формується, коли рідка вода стискається настільки швидко, що перетворюється на так звану «суперстиснену воду». Під тиском у понад два гігапаскалі (приблизно 20 тисяч атмосфер) вода кристалізується, утворюючи щільну, метастабільну форму льоду — тобто таку, що тимчасово зберігає стабільність навіть у нестійких умовах. Це відкриття допомагає глибше зрозуміти, як поводиться вода за надвисокого тиску — умова, характерна для надр планет і крижаних супутників.

Щоб створити такі умови, дослідники використали алмазні ковадла — пристрій, у якому вода стискається між двома надтвердими алмазними наконечниками. За допомогою ультракоротких рентгенівських імпульсів Європейського XFEL вони знімали процес кристалізації з точністю до мікросекунди, фактично створивши «відео» народження нового типу льоду. Як пояснює науковець KRISS Ґин Ву Лі, швидке стискання дозволяє воді залишатися рідкою навіть там, де вона мала б уже перетворитися на лід VI — фазу, яку, ймовірно, можна знайти в надрах Титана чи Ганімеда.

Після аналізу на променевій лінії P02.2 на прискорювачі PETRA III, команда встановила, що лід XXI має тетрагональну кристалічну структуру з великими повторюваними елементами — так званими елементарними комірками. На відміну від більшості відомих форм льоду, він утворюється не при охолодженні, а при миттєвому підвищенні тиску, що відкриває нові шляхи для розуміння фазових переходів води.

Цей експеримент став ще одним успіхом у межах програми Water Call від Європейського XFEL — ініціативи, що об’єднує дослідників, які вивчають найзагадковішу рідину на Землі. За словами наукової директорки XFEL Сакури Паскареллі, відкриття льоду XXI демонструє, наскільки складною і водночас універсальною може бути молекула води: «Ми лише починаємо розуміти, скільки ще незвіданих форм може приховувати звичайна H₂O».