Виглядає як порошок: вчені випадково створили новий вид льоду

06.02.2023, 13:30 meta.ua

Дослідники створили абсолютно нову форму льоду, щільність якої дуже схожа на воду. Струснувши банку з льодом і металевими кульками при надзвичайно низьких температурах, команда створила білий порошкоподібний лід із властивостями, відмінними від усіх відомих раніше видів. Деталі Новий лід має аморфну ​​структуру — замість того, щоб його молекули утворювали акуратний і впорядкований кристалічний візерунок, як лід, який ви можете зробити на своїй кухні, його молекули дезорганізовані, як у рідкої води. Мартін Чаплін, який вивчає структуру води в Лондонському університеті Південного берега, зазначає: Це може бути рідка вода, яка замерзла в часі. Це може бути дуже важливим. Через свою повсюдність на Землі вода може здаватися нічим неособливою рідиною, але вона має деякі незвичайні властивості. Наприклад, коли вода охолоджується, її щільність досягає максимуму при чотирьох градусах Цельсія, і вона стає менш щільною, коли її температура продовжує падати: тому кубики льоду плавають зверху у склянці з водою. Проте більшість рідин стають більш щільними, коли вони охолоджуються. За нормальних умов молекули води під час замерзання з’єднуються в шестикутні форми. Вчені виявили 20 кристалічних форм водяного льоду. У новому дослідженні вчені не збиралися створювати новий вид льоду. У своєму експерименті вони помістили звичайний лід і сталеві кульки в банку й охолодили їх до мінус 200 градусів за Цельсієм, струшуючи контейнер приблизно 20 разів на секунду. Їм просто було цікаво, що станеться. Фізико-хімік з Університетського коледжу Лондона та співавтор статті Крістоф Зальцманн розповідає: Це був один із тих експериментів у п’ятницю після обіду, коли ви просто проводите це і дивитесь, що відбувається. Наївно можна подумати, що нічого не станеться, ви просто розколете лід на менші шматочки. Але, на наш превеликий подив, щось таки сталося. The research team used a process called ball milling, vigorously shaking ordinary ice together with steel balls in a jar cooled to -200 degrees Centigrade. “We shook the ice like crazy and destroyed the crystal structure,” said lead author Dr Alexander Rosu-Finsen. 2/6 pic.twitter.com/4Dr2q9arKk — UCL News (@uclnews) February 3, 2023 "Сила зсуву" від металевих кульок перетворила лід на білий порошок. Команда вчених обстріляла порошок рентгенівськими променями, щоб оцінити, як розташовані його молекули. Коли рентгенівські промені розсіялися, дослідники виявили, що лід взагалі не має організованої структури. Комп’ютерне моделювання продемонструвало, як безладно ковзаючі шари льоду можуть зробити структуру аморфною. За більш незвичайних обставин вчені створили дві інші форми аморфного льоду. У 1930-х роках дослідники конденсували водяну пару на металевій поверхні, охолодженій до мінус 110 градусів за Цельсієм, утворюючи аморфний лід із меншою щільністю, ніж вода. Стиснення звичайного льоду при надзвичайно низьких температурах створило перший аморфний лід із вищою щільністю, ніж вода, у 1980-х роках. Але новий лід відрізняється: він має щільність 1,06 грама на кубічний сантиметр, що дуже схоже на 1 грам на кубічний сантиметр у води. Дослідники називають це аморфним льодом середньої щільності або MDA. Ці властивості змушують вчених вважати, що MDA може бути скляною фазою води. Скло створюється, коли розплавлена ​​рідина дуже швидко охолоджується, перш ніж її молекули зможуть акуратно розташуватися. За даними New Scientist, скло має властивості, подібні до рідини, протягом тривалого часу. Інші дослідники не впевнені, що MDA дуже схожий на рідку форму води. Томас Лертінг, фізико-хімік з Університету Інсбрука в Австрії, який не брав участі в дослідженні вважає, що новий лід натомість "тісно пов’язаний з дуже маленькими спотвореними кристалами льоду". Потрібні додаткові дослідження, щоб краще зрозуміти, наскільки цей лід схожий на рідку воду. Дослідники вважають, що вивчення цього може допомогти нам краще зрозуміти супутники інших планет, на поверхні яких може бути аморфний лід. Крістоф Зальцманн підкреслює: Велике питання полягає в тому, що це за штука? Я впевнений, що якщо ми зможемо з’ясувати, що таке MDA, ми набагато краще зрозуміємо рідку воду. Раніше вчені довели факт того, що світло під час свого руху знаходиться одночасно у двох часових вимірах, адже рухається і вперед, і назад у часі в одну і ту саму мить. Цей факт допоможе людству краще зрозуміти квантову гравітацію та покращити якість обчислень.