O echipă de cercetători a reușit să creeze în condiții de laborator o formă de materie numită gheață superionică, care se poate forma la temperaturi de peste 2.000 de grade Celsius sub presiune extremă. Experimentul, publicat în revista Physical Review Letters, oferă noi perspective asupra modului în care se comportă apa în condiții extreme. Această stare de agregare este caracterizată de un comportament dual al atomilor care compun molecula de apă.
În această fază superionică, oxigenul rămâne fixat într-o rețea cristalină rigidă, comportându-se ca un solid, în timp ce protonii din nucleele de hidrogen se deplasează liber prin structură. Această mobilitate a protonilor permite gheții superionice să conducă electricitatea, o proprietate esențială pentru înțelegerea proceselor fizice din interiorul unor corpuri cerești. Această formă de apă fusese până acum doar o predicție teoretică, fiind confirmată abia acum prin observații directe realizate în laborator.
Fizicianul Alexis Forestier, de la Comisia Franceză pentru Energii Alternative și Energie Atomică (CEA), a coordonat acest experiment complex. Proba, formată din apă ultrapură, a fost plasată într-o celulă cu nicovală de diamant, unde un eșantion de doar 12 micrometri a fost comprimat între vârfurile a două diamante. Încălzirea a fost realizată simultan cu ajutorul unor fascicule laser, atingând la punctul maxim o presiune de 229 de gigapascali și o temperatură de 2.630 Kelvin, echivalentul a aproximativ 2.357°C.
Analiza realizată la European Synchrotron Radiation Facility din Franța a permis identificarea unei noi configurații atomice, cea hexagonală compactă (hcp), care se adaugă celei cubice cu fețe centrate (fcc) deja documentate. La presiuni de peste 200 de gigapascali și temperaturi de peste 1.800 Kelvin, structura hexagonală devine predominantă. Această descoperire a permis echipei să revizuiască datele unor experimente anterioare, realizând că un semnal de difracie nerezolvat la peste 130 de gigapascali aparținea, de fapt, tot acestui tip de gheață hexagonală.
Rezultatele cercetării sunt cruciale pentru explicarea câmpurilor magnetice neobișnuite ale giganților de gheață Uranus și Neptun. Sonda Voyager 2 a identificat în 1986 un câmp magnetic la Uranus care nu coincide cu centrul planetei și are o axă de rotație deviata, situație similară observată la Neptun în 1989. Cercetătorii susțin că prezența unor straturi de gheață superionică capabile să conducă electricitatea în adâncurile acestor planete ar putea oferi explicația necesară pentru aceste anomalii magnetice.
În sistemul nostru solar, planetele Uranus și Neptun sunt clasificate drept giganți de gheață datorită compoziției lor chimice, având interioruri bogate în compuși precum apa, amoniacul și metanul. Aceste lichide și solide sub presiune extremă sunt responsabile pentru structura și proprietățile magnetice specifice ale acestor lumi îndepărtate, pe care modelele teoretice actuale încearcă să le descrie prin simulări de înaltă precizie.