黑色的冰，纳秒间的新相变，这是能够丈量的吗？

以德糊人

超低温超离子冰是一种新的物资形态
这类冰将解释结冰世界的奥秘磁场。


（图解：如艺术绘制所示，罗彻斯特大学激光能量试验室钻研员在近期一项钻研中再现了以前的安装结构超离子冰。这类状况下的冰是不不乱的。 图源：劳伦斯利弗莫尔国度试验室插图/ Millot, Coppari, Hamel, Krauss）
迷信家近期经过挤压两块钻石间的水滴并使用世界最强激光器之一将其爆破至恒星级低温，失掉了水的一种神奇的新物态。
这类被称为超离子冰的“”奇怪的黑色“的水存在于与地球核心等压等低温的环境下。它的发现将很快帮忙钻研人员探究暗藏在其余星体核心的神秘。


此前，钻研人员利用冲击波结构出的这类超离子冰存在20纳秒后就会崩溃。而这项新试验标着迷信家第一次发明出不乱的、存在时长足以进行具体钻研的超离子冰。钻研人员于10月14日在《天然物理学》期刊上颁发了这些钻研效果。


（图解：激光冲击水份子。 图源：劳伦斯利弗莫尔国度试验室）
芝加哥大学地球物理学家及阿贡国度试验室先进光子源（APS）的束线迷信家维塔利·普拉卡彭卡（Vitali Prakapenka）是钻研的合著者，他在一份声明中说：“这是个惊喜——一切人本来都以为要再现这一物态，除非达到远超咱们首次发现超离子冰时的压强。”
液态水，水蒸气和冰是水最多见的物态，不外水份子也能够在其余排序下呈现出别的形态。实际上迷信家曾经发现了水冰的20种形态——由不同的温度与压强下氢原子和氧原子多种不同的键合形式发生。


（图解：不同温度压强瓜葛下的水冰形态）
例如，冰6和冰7的份子分别以矩形棱柱和立方体方式摆列。据糊口迷信（Live Science）报导，冰十一假如搁置在电场中就会翻转，冰19则很脆，且只要其氢原子有序摆列。
超低温耐低压的超离子冰是迷信家发现的第18种水冰，也是目前为止最奇特的。它的奇特的地方在于其氧原子像处于固态冰中同样锁定，而其氢原子在放出电子成为离子——也即成为被褫夺电子而带正电的原子核——之后则能够像在液态水中同样在冰中活动。


（图解：冰模型，大球代表氧原子，小球代表氢原子）
“想象一个立方体，一个核心是氧原子、四周衔接着氢原子的晶格，”普拉卡彭卡说，“当它转变成这类新的超离子形态，晶格扩大，氢原子到处迁徙，氧原子原地不动。这有点像一块巩固的氧晶格位于沉没的氢原子陆地中。”
游动的氢原子挡住了光，使其无奈根据预期形式经过冰，因此超离子冰外表呈黑色。
糊口迷信此前报导过，萨萨里大学化学传授皮尔弗兰克·德蒙蒂斯（Pierfranco Demontis）率领的钻研团队于1988年初次提出了存在超离子冰的实践概念，美国加州劳伦斯利弗莫尔试验室（LLNL）钻研员于2018年初次发现了超离子冰存在的证据。钻研员使用激光器收回超低压冲击波爆破水滴，使其达到能让超离子冰瞬间泛起的温度与压强，他们乃至还在它消融以前丈量了超离子冰的电导率，并在几纳秒（十亿分之一秒）中长久地看到了它的构造。


（图解：钻石砧发明超离子冰试验安装）
为了进行更粗疏的丈量，普拉卡彭卡和共事们需求发明更不乱的超离子冰。因此，他们用0.2克拉钻石砧挤压水滴，而后用激光器爆破水滴。钻石的硬度包管钻石砧能向水滴施加350万个地球大气压，激光器则将水滴加热至高于太阳外表的温度。随后，团队用一种叫做同步减速器的电子减速器向水滴发射X射线。因而，钻研人员经过丈量由超离子冰内原子散射的X射线的强度与角度肯定了超离子冰的构造。


（图解：金刚石压砧）
与冲击波试验法比拟，这类办法延伸了超离子冰可供视察的时间，时长达到微秒（百万分之一秒）级。额定的时间象征着钻研人员能够精确地描画水滴转变成超离子冰过程当中的不同相变。
进一步的钻研能帮忙迷信家更好地舆解冰的特性，并绘制出天然界冰产生不同相变的前提。自在沉没的氢离子会造成磁场，钻研人员由此想到超离子冰是不是存在于海王星、天王星等行星的中心，又会否困于木星那外表结冰的卫星欧罗巴的冻海中。果然如斯，这些冰就会成为探究这些星体乃至是太阳系在行星磁层的症结。因为磁层维护行星免受无害太阳射线及宇宙射线的影响，理解超离子冰的造成形式及地位对迷信家寻觅外星生命就有极大的指点意义。


（图解：超离子冰可能存在于别的行星中心）
目前而言，超离子冰还有许多特性待钻研，好比其电导率，粘度，化学不乱性等等，都是无关预测何处还会造成这类冰的症结信息。
普拉卡彭卡说：“它是新的物资形态，因此它根本上就像一个新物资同样，可能与咱们想象的大不相反。”


（图解：海王星的蓝色云层中会否存在超离子冰）
BY: 本·特纳（Ben Turner）
FY: 盛酒酿丸子的碗
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