使用高級(jí)光子源，科學(xué)家們重建了海王星和天王星等行星中心形成的冰結(jié)構(gòu)。
每個(gè)人都知道冰、液體和蒸汽——但是，根據(jù)條件，水實(shí)際上可以形成十幾種不同的結(jié)構(gòu)?？茖W(xué)家們現(xiàn)在在列表中添加了一個(gè)新階段：超離子冰。
這種類型的冰在極高的溫度和壓力下形成，例如海王星和天王星等行星內(nèi)部深處的冰。以前，當(dāng)科學(xué)家通過一滴水發(fā)出沖擊波時(shí)，只能在短暫的瞬間瞥見超離子冰，但在發(fā)表在《自然物理學(xué)》上的一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們找到了一種可靠地制造、維持和檢查冰的方法。
研究合著者、芝加哥大學(xué)研究教授、Advanced Photon 光束線科學(xué)家 Vitali Prakapenka 說：“這是一個(gè)驚喜——每個(gè)人都認(rèn)為這個(gè)階段不會(huì)出現(xiàn)，除非你處于比我們最初發(fā)現(xiàn)它的壓力高得多的壓力下。” Source (APS)，美國(guó)能源部 (DOE) 科學(xué)用戶設(shè)施辦公室位于美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。â <“但是我們能夠非常準(zhǔn)確地繪制出這種新冰的特性，這構(gòu)成了物質(zhì)的新階段，這要?dú)w功于幾種強(qiáng)大的工具。”
即使人類已經(jīng)及時(shí)回溯到宇宙的開端——直到構(gòu)成所有物質(zhì)的最小粒子——我們?nèi)匀徊幻靼椎厍蛏钐幘烤節(jié)摲裁矗挥谜f太陽(yáng)系中的兄弟行星內(nèi)部了。系統(tǒng)。在設(shè)備由于極端的熱量和壓力而開始融化之前，科學(xué)家們只在地球表面下挖掘了大約七英里半。在這些條件下，巖石的行為更像塑料，甚至像水這樣的基本分子的結(jié)構(gòu)也開始發(fā)生變化。
“借助幾種強(qiáng)大的工具，我們能夠非常準(zhǔn)確地繪制出這種新冰的特性，它構(gòu)成了物質(zhì)的新階段。”– Vitali Prakapenka，芝加哥大學(xué)。
由于我們無(wú)法在物理上到達(dá)這些地方，科學(xué)家們必須求助于實(shí)驗(yàn)室來重建極端高溫和高壓的條件。
Prakapenka 和他的同事使用 APS，這是一種大型加速器，可以將電子驅(qū)動(dòng)到接近光速的極高速度，以產(chǎn)生明亮的 X 射線束。他們將樣品擠在兩片鉆石(地球上最硬的物質(zhì))之間以模擬強(qiáng)壓力，然后通過鉆石發(fā)射激光以加熱樣品。最后，他們發(fā)送一束 X 射線穿過樣品，并根據(jù) X 射線從樣品上散射的方式將內(nèi)部原子的排列拼湊在一起。
當(dāng)他們第一次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，普拉卡彭卡看到了與他預(yù)期大不相同的結(jié)構(gòu)讀數(shù)。他認(rèn)為出了什么問題，并且發(fā)生了不需要的化學(xué)反應(yīng)，在此類實(shí)驗(yàn)中，水經(jīng)常發(fā)生這種反應(yīng)。â <“但是當(dāng)我關(guān)閉激光并且樣品恢復(fù)到室溫時(shí)，冰又恢復(fù)到原來的狀態(tài)，”他說。â <“這意味著這是一種可逆的結(jié)構(gòu)變化，而不是化學(xué)反應(yīng)。”
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