کشف حیرت‌انگیز دانشمندان درباره‌ فاز جدید آب که قوانین فیزیک را به چالش می‌کشد

دانشمندان اروپایی و کره‌ای در کشفی شگفت‌انگیز موفق شده‌اند نوعی جدید از یخ را شناسایی کنند که تا پیش‌ازاین، وجودش غیرممکن به نظر می‌رسید. این نوع تازه از یخ که با نام یخ بیست ویک (Ice XXI) شناخته می‌شود، در شرایطی کاملاً متفاوت از یخ‌های معمولی شکل می‌گیرد.

 پژوهشگران مؤسسه تحقیقات استاندارد و علم کره جنوبی (KRISS) با همکاری دانشمندان مرکز لیزر الکترونی اروپایی (European XFEL) و مرکز تحقیقات DESY در آلمان، این پدیده‌ عجیب را با استفاده از پرتوهای پرقدرت ایکس مشاهده و ثبت کردند. نتیجه این پژوهش در مجله معتبر Nature Materials منتشر شده است

اسرار شگفت‌انگیز در جهان ساده‌ آب

برخلاف تصور عمومی، آب تنها یک نوع یخ ندارد. تاکنون بیش از ۲۰ فاز متفاوت از یخ کشف شده است که هرکدام ساختاری مولکولی ویژه و شماره‌ای خاص با اعداد رومی دارند، مانند یخ I، یخ II و یخ III .

ویژگی‌های کاملاً منحصربه‌فرد یخ XXI

این یخ زمانی شکل می‌گیرد که آب مایع با سرعت بسیار بالا فشرده می‌شود، حالتی که دانشمندان از آن با عنوان «ابر فشرده‌سازی آب» (supercompressed water) یاد می‌کنند. در این حالت، آب پیش از آنکه به یخ‌های شناخته‌شده مانند یخ VI تبدیل شود، در دمای اتاق به شکلی ناپایدار اما پایدار موقت (metastable) از یخ تبدیل می‌شود.

اتاقک الماسی XFEL

این دستاورد علمی در ایستگاه آزمایش HED در مرکز European XFEL رقم خورد؛ جایی که پژوهشگران از دستگاهی خاص به نام سلول الماسی (Diamond Anvil Cell) استفاده کردند.

در این دستگاه، نمونه‌ آب بین دو الماس فوق‌العاده سخت قرار داده می‌شود و فشار تا دو گیگاپاسکال (۲۰ هزار برابر فشار هوای معمولی) افزایش می‌یابد.

در چنین شرایطی، حتی در دمای معمولی هم آب به یخ تبدیل می‌شود، اما ساختار مولکولی آن به شکل غیرقابل‌باوری فشرده و متراکم است.

یخی از درون قمرهای یخی

دانشمند کره‌ای «گون وو لی» از KRISS دراین‌خصوص می‌گوید: وقتی آب با سرعت بالا فشرده شود، مایع باقی می‌ماند درحالی‌که باید به یخ VI تبدیل می‌شد. این پدیده به ما نشان می‌دهد ساختارهای گذار میان فازهای مختلف یخ بسیار پیچیده‌تر از آن چیزی است که تصور می‌کردیم.

یکی از اشکال خاص یخ

جالب اینجاست که یخ VI، یکی از اشکال خاص یخ، احتمالاً در اعماق قمرهای یخی منظومه شمسی مانند تیتان و گانیمد وجود دارد.

کشف یخ XXI می‌تواند سرنخ‌هایی تازه درباره‌ ساختار درونی این قمرها و احتمال وجود آب مایع یا شرایط زیستی در آنها فراهم کند.

دوربین ایکس؛ شکار لحظه‌ یخ‌زدن

در این پژوهش، تیم تحقیقاتی توانست با استفاده از پرتوهای فوق‌سریع XFEL، تصاویری از فرایند تبدیل آب به یخ XXI در هر میکروثانیه (یک میلیونم ثانیه) ثبت کند.

در حقیقت، آن‌ها توانسته‌اند فیلمی واقعی از لحظه‌ تولد یخ جدید بسازند؛ چیزی که پیش‌تر هرگز در علم مواد مشاهده نشده بود.

سپس در مرکز PETRA III در آلمان، ساختار بلوری این یخ با جزئیات بررسی و مشخص شد یخ XXI دارای ساختار چهارگوش (تتراگونال) با واحدهای تکرارشوندة بزرگ است؛ ویژگی که هیچ‌یک از فازهای شناخته‌شده پیشین نداشتند.

منبع: همشهری