Yer üzündəki atmosfer təzyiqindən milyonlarla dəfə yüksək təzyiq altında su, bizim tanıdığımız H₂O kimi davranmır. Elm adamları bu ekstremal şəraitdə, buz nəhəngləri sayılan planetlərin dərin qatlarında mövcud olan “superiyon buzunun” indiyə qədər ən aydın görüntüsünü əldə edə biliblər.

Superiyon buz nədir?

HİT.az xəbər verir ki, bu ad qeyri-adi maddə halını təsvir edir: oksigen atomları kristal şəbəkədə möhkəm yerləşir, hidrogen atomları isə maye kimi sərbəst axır. Bu vəziyyəti molekulyar həbsxanaya bənzətmək olar – şəbəkə çubuqları bərkdir, amma içəridəki molekullar tam sərbəstdir.

Alimlər dünyanın ən güclü rentgen lazerlərini istifadə edərək su nümunələrini 180 gigapaskal təzyiqə (təxminən Yer atmosfer təzyiqinin 1,8 milyon qatına) qədər sıxdılar və eyni zamanda minlərlə dərəcəyə qədər qızdırdılar. Bu ekstremal şəraitdə onlar nəzəriyyədə gözlənilən, lakin indiyə qədər aydın görünməyən fenomeni müşahidə etdilər: oksigen atomları sadə, müntəzəm sxemdə düzülmür, əksinə, qarışıq struktur yaradır, iki fərqli düzülməni davamlı dəyişdirir, sanki kristal “qərar verə bilmir”.

Uran və Neptunda superiyon su

Uran və Neptun planetlərinin dərin qatlarında böyük superiyon su okeanları mövcud ola bilər. “Buz nəhəngləri” adına baxmayaraq, bu planetlər adi buzla deyil, yüksək təzyiq və temperatur altında bu qeyri-adi superiyon halında olan su ilə təşkil olunub. Bu xüsusiyyət planetlərin qəribə, mərkəzindən kənarda yerləşən maqnit sahələrinin izahında əhəmiyyətli ola bilər.

Əvvəlki eksperimentlərdə nəticələr qarışıq olub: bəzi komandalar eyni şəraitdə bir kristal quruluş, digərləri isə tam fərqli quruluşlar müşahidə edib. Bu qarışıqlıq illərlə davam edib.

Yeni ölçmələr və dəqiqlik

Nature Communications jurnalında dərc olunan son ölçmələr bu sirri açmağa kömək edir. Rentgen impulsləri ilə lazer zərbəsi sıxışdırılması sinxronlaşdırılaraq difraksiya nümunələri əvvəlki cəhdlərdən daha yüksək ayırdetmə qabiliyyəti ilə qeydə alınıb. Rentgen impulsları cəmi 50 femtosaniyə davam edib – əgər femtosaniyəni bir saniyəyə uzatsaq, adi saniyə 32 milyon il olacaq. Bu ölçmələr suyun strukturunu dəyişmədən “dondurmuş” olur.

Təzyiq altında təbiətin kompromisi

120 gigapaskaldan aşağı təzyiqlərdə eksperimentlər paralel iki kristal quruluş olduğunu göstərir. Yeni məlumatlar göstərir ki, hər iki düzülmə enerji baxımından çox yaxındır, buna görə su “birini seçə bilmir”.

150 gigapaskaldan yuxarı təzyiqlərdə bir quruluş üstün gəlir, lakin 25-32% qatlarda başqa düzülmə qalır, bu da kristalın içində qarışıqlıq yaradır. Maşın öyrənməsi ilə kvant hesablamalara əsaslanan modelləşdirmələr eksperimentlə tam uyğun nümunələr göstərir.

Necə əldə etdilər?

Su nümunələri (təxminən insan saçının yarısı qalınlığında) almaz pəncərələri arasında sıxılıb. Güclü lazer impulsları almazın üzərinə vuraraq şok dalğaları yaradıb və su mərhələli şəkildə sıxılıb. Hər eksperiment nanosaniyə davam edib və nümunəni məhv edib, buna görə proses dəfələrlə təkrarlanıb.

Aşağı təzyiqlərdə (25-50 gigapaskal) daha sadə və nizamlı buz strukturları müşahidə olunub. Təzyiq artdıqca qarışıq və xaotik nümunələr yaranıb.

Kəşfin əhəmiyyəti

Bu “qarışıq düzülmə” sabit və ya müvəqqəti olduğu hələ məlum deyil. Əgər sabitdirsə, bu, maddənin istilik və elektrik keçiriciliyinə təsir edərək maqnit sahələrinin formalaşmasına təsir edə bilər. Hidrogen ionlarının oksigen şəbəkəsi boyunca hərəkəti “dynamo effekti” ilə maqnit sahələri yaradır, hər hansı struktur xüsusiyyəti bu axını yönləndirə və ya bloklaya bilər.

Su sadə görünə bilər (iki hidrogen və bir oksigen atomu), lakin təzyiq və temperaturlara görə ən azı 19 fərqli buz növü mövcuddur. Superiyon variantlar və bu yeni kəşf edilmiş “qarışıqlıq” ilə su artıq yalnız əsas maddə deyil, tam açılmamış sirrlərlə dolu mürəkkəb bir substansiya kimi görünür.

Samir