Крижаний лід, розпечений до 2357 °C: фізики вперше побачили, як вода стає і твердою, і рідкою водночас

Тиск у 230 гігапаскалів — це у 2,3 мільйона разів більше за атмосферний на рівні океану. За таких умов молекулам води просто нікуди розширюватися, тож пара не утворюється, а речовина зберігає екстремальну щільність. Далі зразок розігріли потужними лазерами до 2357 градусів за Цельсієм.

Експеримент провела міжнародна група дослідників під керівництвом французького фізика Алексіса Форестьє. Для цього використали алмазне ковадло: крихітну краплю затиснули між вістрями надміцних алмазів.

І тут починається найцікавіше. У такому стані виникає суперйонність: атоми кисню вишиковуються в нерухому кристалічну ґратку, яка тримає жорсткий каркас, а ядра водню — протони — вільно й хаотично носяться крізь цей скелет, наче в рідині. Виходить своєрідний гібрид: тверде тіло з рідким «наповненням».

Щоб роздивитися структуру, науковці просвітили зразок надтонким пучком синхротронного рентгенівського випромінювання. І побачили гексагональну щільноупаковану форму (hcp) — ту саму геометрію, яку роками виводили в формулах, але досі жодного разу не фіксували наживо. Виявилося, що за стрибків тиску ця структура здатна динамічно перебудовуватися на кубічну.

Це не просто цікавинка для квантової фізики. Саме такий розпечений суперйонний лід, найімовірніше, становить значну частину мантій Урана й Нептуна. Вільний рух протонів крізь кисневий каркас породжує потужні електричні струми всередині цих планет — і це нарешті дає пояснення, чому магнітні поля далеких крижаних гігантів такі дивні, зміщені та асиметричні.